Ротор вертикально-осевой ветряной установки

Изобретение относится к ветроэнергетике.  Ротор вертикально-осевой ветряной установки содержит центральную ось, от которой радиально отходят траверсы, выполненные в виде профилированных пластин, образующих вогнутые лопасти, на которых закреплены крылья. Изобретение направлено на обеспечение самозапуска при малых, порывистых ветрах. 5 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано для преобразования кинетической энергии ветра в электрическую энергию.

Известен ротор ветряной установки с вертикальной осью вращения (по патенту RU2347104), содержащий вращающиеся вокруг вертикальной оси вертикальные крылья соединенные со ступицей радиальными аэродинамическими траверсами, снижающими ветровое сопротивление, к которым с чередованием прикреплены указанные крылья по направлению вверх, образуя верхний ярус ротора, и по направлению вниз, образуя нижний ярус, со смещением. Траверсы выполнены в виде центробежных аэродинамических тормозов, имеющих форму аэродинамического крыла и замедляющих вращение при больших ветрах.

Используемые вертикальные крылья (ротор с такими, аэродинамическими крыльями, называют «ротор Н-Дарье»), характеризуются высокой эффективность работы (коэффициент быстроходности - 2-4- во сколько раз лопасти могут крутиться быстрее ветра) при сильном, стабильном ветре. Недостатком такого ротора с является невозможность старта и неустойчивая работа при небольших, порывистых ветрах.

Известен ветроэлектрический генератор (по патенту RU120152), на роторе которого установлена ветротурбина с вертикальной осью вращения, на вертикальном валу ветротурбины, при помощи траверс, закреплены вертикальные крылья. Над верхним концом вала ветротурбины установлен роторный ветродвигатель Савониуса («ротор Савониуса»), имеющий механическую связь с валом через обгонную муфту. Ветродвигатель Савониуса раскручивает генератор на малых, порывистых ветрах – его коэффициент быстроходности равен 1. Недостатком такого ветрогенератора является сложность конструкции, повышенная металлоемкость.

Известен ротор ветряной установки с вертикальной осью вращения (по патенту RU2104408) в котором траверса выполнена в виде крыла (лопасть аэродинамического профиля). Такое крыло работает идентично с основными, вертикальными крыльями. Требуется синхронизовать их работу, но они расположены в разных плоскостях и на разном расстоянии от оси ротора – разные участки траверсы набегают на поток ветра с разными скоростями. Кроме того вертикальные крылья могут поворачиваться по углу в зависимости от ветровой нагрузки на местности, траверсы повернуть невозможно. Траверсы, выполненные в виде лопастей аэродинамического профиля в большинстве случаев будут тормозить основные, вертикальные крылья.

Известен ротор вертикально-осевого ветродвигателя (по патенту RU123851, выбран в качестве прототипа), в конструкцию ротора введен электромеханический механизм управления щитками. Механизм включает датчик измерения скорости и направления ветра, связанный с ним программный блок и исполнительный механизм, который осуществляет поворот щитков вокруг своих осей. Поворотные щитки установлены на горизонтальных траверсах. На горизонтальных траверсах закреплены вертикальные крылья (лопасти крыльевого профиля). Наличие щитков увеличивает крутящий момент ротора ветродвигателя при малых оборотах и низком напоре ветра, что обеспечивает его надежный самозапуск. Его недостатком является сложность конструкции, большой вес. Конструкция является ненадежной при эксплуатации, особенно при условиях минусовых температур, при наличии снега, пыли. Характеризуется инерционностью - при малых, порывистых ветрах происходит рассогласование данных от средств измерений, в т.ч. за счет их погрешности, с работой исполнительного механизма. Из-за сложности согласования работы щитков, затруднено использование более чем двух горизонтальных траверс (расположенных в одной плоскости). На обеспечение работоспособности электромеханического механизма требуется дополнительная электроэнергия, что снижает КПД ветросолнечной станции.

Технической задачей изобретения является упрощение конструкции ротора вертикально-осевой ветряной установки, повышение ее надежности, облегчение конструкции. Кроме того, обеспечивается самозапуск при малых, порывистых ветрах.

Технический результат достигается в роторе вертикально-осевой ветряной установки, содержащем центральную ось, от которой радиально отходят траверсы, на которых вертикально закреплены крылья. Траверсы выполнены в виде профилированных пластин, образующих вогнутые лопасти. Вогнутая лопасть может иметь в поперечном сечении форму радиусного закругления или форму углового загиба. Ротор содержит от трех до пяти пар траверс, каждое крыло закреплено на паре траверс, расположенных одна под другой. Ротор может быть образован несколькими ярусами, по-меньшей мере, двумя ярусами траверс с крыльями, смещенных друг относительно друга в тангенциальном направлении.

Изобретение поясняется рисунками:

фиг. 1 - ротор вертикально-осевой ветряной установки;

фиг. 2 - траверса с вогнутой лопастью радиусного закругления;

фиг. 3 - траверса с вогнутой лопастью углового загиба;

фиг. 4 - сечение крыла.

Ротор вертикально-осевой ветряной установки (далее, также - ротор) содержит центральную ось 1, от которой радиально отходят траверсы 2, расположенные, преимущественно, горизонтально (фиг. 1). Ротор, преимущественно содержит три пары траверс 2, расположенных одна под другой, пары располагаются равномерно по окружности, то есть, угол между ними в горизонтальной плоскости составляет 60 градусов. На концах пар траверс 2 закреплены крылья 3: для повышения прочности и жесткости конструкции, каждое крыло 3 закреплено на концах двумя горизонтальными траверсами 2. Крылья 3 представляют собой лопасти с аэродинамическим профилем, а именно с крыльевым профилем (фиг. 4), располагаются преимущественно вертикально. Количество крыльев 3 и соответственно пар траверс 2, расположенных на одном уровне по вертикали в одном ярусе – от трех до пяти штук, в зависимости от мощности ветряной установки. При их меньшем количестве не происходит самозапуска и возникают проблемы балансировки. При увеличении числа крыльев 3, быстроходность ротора падает.

Траверса 2 выполнена в виде профилированной, например, металлической пластины, образующей вогнутую лопасть 4. Вогнутая лопасть 4 может иметь в поперечном сечении форму радиусного закругления (фиг. 2) или форму углового загиба (фиг. 3). Такая форма траверсы 2, позволяет снизить толщину материала и массу всей конструкции: кроме захвата воздушного потока, обеспечивает жесткость траверсы 2 – вогнутая лопасть образует ребро жесткости.

Ротор вертикально-осевой ветряной установки может быть образован несколькими ярусами, по меньшей мере, двумя ярусами траверс 2 с крыльями 3, смещенных друг относительно друга в тангенциальном направлении. Вогнутые лопасти 4 сориентированы в одном направлении с крыльями 3: направление от выпуклой поверхности к вогнутой поверхности лопасти 4 совпадает с направлением от широкой части 5 профиля крыла 3 к узкой части 6. На фиг.1 показано три яруса со смещением между ярусами 30 градусов. Таким образом, повышается стабильность работы при разнонаправленных ветрах

При малых ветрах, при старте ротора происходит захват потока вогнутыми лопастями 4 траверс 2, реализуется работа ротора Савониуса. Он хорошо раскручивается на малых, порывистых ветрах, но его коэффициент быстроходности равен 1, поэтому как основной генератор его использовать неэффективно. После запуска ротора и при сильных ветрах основной вклад во вращение ротора вносят крылья 3, поскольку лопасти крыльевого профиля обеспечивают вращение ротора со скоростями, превышающими скорость ветра.

1. Ротор вертикально-осевой ветряной установки, содержащий центральную ось, от которой радиально отходят траверсы, выполненные в виде профилированных пластин, образующих вогнутые лопасти, на которых закреплены крылья.

2. Ротор по п. 1, характеризующийся тем, что крылья закреплены вертикально.

3. Ротор по п. 1, характеризующийся тем, что вогнутая лопасть в поперечном сечении имеет форму радиусного закругления.    

4. Ротор по п. 1, характеризующийся тем, что вогнутая лопасть в поперечном сечении имеет форму углового загиба.

5. Ротор по п. 1, характеризующийся тем, что содержит от трех до пяти пар траверс, каждое крыло закреплено на паре траверс.

6. Ротор по п. 5, характеризующийся тем, что имеет по меньшей мере два яруса траверс с крыльями, смещенных относительно друг друга в тангенциальном направлении.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области ветроэнергетики. Вертикально-осевая ветротурбина содержит ветроротор с базой для лопастей и лопастями, закрепленный на вертикальном валу, оперение, покрытие нерабочей стороны ветроротора, соосное с валом и выполненное с возможностью ориентации по ветру оперением в горизонтальной плоскости, противовесы оперения и покрытия, снабжена профилированным в виде антикрыла держателем противовеса покрытия, находящимся снизу ветроротора.

Изобретение относится к ветроэнергетике. Ветроагрегат содержит роторные ветропреобразователи с вертикальной осью вращения.

Изобретение относится к водоподъемным установкам с приводом от ветродвигателя. Водоподъемная ветроустановка, содержащая ветротурбину, выполненную вертикально-осевой, при этом на оси ветротурбины жестко закреплено колесо с переменным рабочим профилем, по поверхности которого перемещается каток, размещенный на свободном конце шатуна, причем вторым концом шатун закреплен на подвижной опоре, а сам шатун, на который воздействует возвратная пружина, кинематически связан со штангой, которая нижним концом связана с плунжерным насосом, расположенным в водоносном слое.

Изобретение относится к области ветроэнергетики. Роторный ветродвигатель состоит из вала 1, установленного горизонтально, рабочими органами которого являются закрепленные на нем рабочие лопасти 2, конструктивно представляющие собой в совокупности ротор 3.

Изобретение относится к области ветроэнергетики. Ветроэлектростанция содержит электрогенератор, ветротурбину с аэродинамическими крыльями на вертикальном валу, концентратор воздушного потока, а также включает многоосевой конический дифференциальный редуктор с корпусом, выходными валами и входным валом, узел управления поворота аэродинамических крыльев на базе контроллера с экстремальным регулятором оборотов вертикального вала ветротурбины и серводвигателем, повышающий редуктор.

Изобретение относится к области ветроэнергетики. Ветроэнергогенерирующая установка включает ротор с вертикальной осью вращения и вогнутыми лопастями и концентратор цилиндрической формы, состоящий из направляющих, зафиксированные на стойках.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к энергетическим установкам малой энергетики, и может быть использовано для создания ветро-фотоэлектрических станций.

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.

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. Устройство для полета над землей, имеющее динамически адаптируемые лопасти и содержащее каркас, который вращается вокруг оси каркаса, причем вращение каркаса вокруг оси каркаса создает эффект Магнуса, и эффект Магнуса вызывает подъем устройства над землей; множество турбин, расположенных внутри каркаса, при этом каждая турбина выполнена с возможностью вращения вокруг соответствующей оси турбины, отличной от оси каркаса, и каждая турбина содержит лопасть турбины, имеющую адаптируемую форму и содержащую: первое соединение между первым концом турбины и центральным участком турбины; и второе соединение между вторым концом турбины и центральным участком турбины; и контроллер турбины для управления первым соединением и вторым соединением, чтобы изменять адаптируемую форму лопасти от плоской формы до криволинейной формы путем регулирования первого соединения и/или второго соединения.

Изобретение относится к ветро-фотоэлектрическим станциям. Энергетическая установка содержит центральную башню и ротор с поворотными лопастями, размещенными между жесткими кольцевыми дисками и выполненными с возможностью вращения вокруг вертикальных осей посредством приводов поворота, элементы связи кольцевых дисков со ступицами ротора, установленными с возможностью вращения вокруг продольной оси центральной башни, и кольцевой понтон, размещенный с возможностью вращения вокруг центральной башни и скрепленный с нижним кольцевым диском, батарею фотоэлектрических модулей, закрепленной на верхнем кольцевом диске на его верхней периферийной поверхности, имеющей в каждой ее точке отклонение нормали в сторону от оси вращения ротора на 5°…45°, зависимый инвертор, установленный на роторе, и токопередающий узел, установленный соосно с центральной башней.

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.

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.

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.

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 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 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. Ветроагрегат содержит роторные ветропреобразователи с вертикальной осью вращения.

Изобретение относится к ветроэнергетике.  Ротор вертикально-осевой ветряной установки содержит центральную ось, от которой радиально отходят траверсы, выполненные в виде профилированных пластин, образующих вогнутые лопасти, на которых закреплены крылья. Изобретение направлено на обеспечение самозапуска при малых, порывистых ветрах. 5 з.п. ф-лы, 4 ил.

Наверх