ветродвигатель

Формула изобретения

1. Ветродвигатель, содержащий ротор, установленный с возможностью вращения относительно вертикальной оси, лопасти, закрепленные асимметрично на корпусе ротора с возможностью поворота под действием ветра относительно их вертикальных осей, а также ограничители поворота лопастей, отличающийся тем, что каждая лопасть выполнена в виде предкрылка, ее центральной части и закрылка, вместе образующих слабовыпуклый профиль лопасти, симметричный относительно его хорды, соединяющей наиболее удаленные друг от друга точки профиля, причем предкрылок и закрылок шарнирно соединены с центральной частью лопасти на указанной хорде профиля, каждая лопасть оснащена механизмом согласованного поворота предкрылка и закрылка в противоположных направлениях относительно центральной части лопасти и дифференциальным механизмом поворота предкрылка, например, планетарным, где валы предкрылка и центральной части лопасти соосно присоединены к двум центральным колесам дифференциального механизма поворота предкрылка, а водило дифференциального механизма поворота предкрылка прикреплено к корпусу ротора.

2. Ветродвигатель по п.1, отличающийся тем, что ограничители поворота каждой лопасти выполнены в виде двух упоров, закрепленных на корпусе ротора так, что угловые зазоры между ними и смежными упорными поверхностями лопасти при ее движении навстречу ветру составляют по 45°.

3. Ветродвигатель по п.1 или 2, отличающийся тем, что упоры выполнены подпружиненными.

4. Ветродвигатель по п.1, отличающийся тем, что предкрылок каждой лопасти присоединен к соответствующему центральному колесу дифференциального механизма посредством упругой связи.

5. Ветродвигатель по п.1 или 4, отличающийся тем, что упругая связь выполнена в виде вала-торсиона, расположенного на оси поворота предкрылка, причем один конец торсиона закреплен на центральном колесе дифференциального механизма, а второй - на верхнем конце предкрылка.

6. Ветродвигатель по п.1, отличающийся тем, что длина каждого предкрылка составляет 0,15÷0,25 от максимальной хорды профиля лопасти.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области ветроэнергетики.

Известны ветровые двигатели, например, типа установок Дарье, содержащих ротор, вращающийся вокруг вертикальной оси, лопасти, закрепленные на корпусе ротора вертикально, причем их поворот вокруг вертикальной оси осуществляется в процессе проектирования и изготовления и не изменяется в процессе работы двигателя (см. Технико-экономические основы ускоренного развития ветроэнергетики. Обзорная информация / Лятхер В.М. - М.: Информэнерго, 1990. - 68 с., с.15-26 ).

Основной недостаток таких установок заключается в необходимости предварительно раскручивать двигатель до рабочей скорости.

Известен также ветродвигатель, в котором ротор с вертикальной осью вращения содержит лопасти, закрепленные асимметрично на корпусе ротора с возможностью поворота относительно их вертикальных осей под действием ветра, а также ограничители поворота лопастей (см. патент РФ №2253038, Бюл. №15, 2005 г.).

Эта конструкция ветродвигателя наиболее близко совпадает по большинству признаков с предлагаемым техническим решением и использована в качестве прототипа.

Недостатком прототипа является необходимость иметь упругие лопасти для достижения их оптимальной геометрии в процессе работы, трудно управлять величиной прогиба таких лопастей.

Задачей заявляемого решения является создание конструкции лопастей, способных управляемо изменять свою геометрию в процессе работы.

Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, выражается в том, что лопасти выполнены из жестких составных частей, связанных между собой механизмом согласованного поворота, и при свободном повороте лопастей под действием ветра их геометрия изменяется в соответствии с углом поворота относительно корпуса ротора и силы ветра.

Поставленная задача достигается тем, что ветродвигатель, содержащий ротор, установленный с возможностью вращения относительно вертикальной оси, лопасти, закрепленные асимметрично на корпусе ротора с возможностью поворота под действием ветра относительно их вертикальных осей, а также ограничители поворота лопастей, отличается тем, что каждая лопасть выполнена в виде предкрылка, ее центральной части и закрылка, вместе образующих слабовыпуклый профиль лопасти, симметричный относительно его хорды, соединяющей наиболее удаленные друг от друга точки профиля, причем предкрылок и закрылок шарнирно соединены с центральной частью лопасти на указанной хорде профиля, каждая лопасть оснащена механизмом согласованного поворота предкрылка и закрылка в противоположных направлениях относительно центральной части лопасти и дифференциальным механизмом поворота предкрылка, например планетарным, где валы предкрылка и центральной части лопасти соосно присоединены к двум центральным колесам дифференциального механизма поворота предкрылка, а водило дифференциального механизма поворота предкрылка прикреплено к корпусу ротора.

Кроме того, ограничители поворота каждой лопасти выполнены в виде двух упоров, закрепленных на корпусе ротора так, что угловые зазоры между ними и смежными упорными поверхностями лопасти при ее движении навстречу ветру составляют по 45 градусов.

При этом упоры выполнены подпружиненными.

Кроме того, предкрылок каждой лопасти присоединен к соответствующему центральному колесу дифференциального механизма посредством упругой связи.

При этом упругая связь выполнена в виде вала-торсиона, расположенного на оси поворота предкрылка, причем один конец торсиона закреплен на центральном колесе дифференциального механизма, а второй на верхнем конце предкрылка.

Причем длина предкрылка составляет 0,15...0,25 от максимальной хорды профиля лопасти.

Сопоставительный анализ существенных признаков предлагаемого решения, аналогов и прототипа свидетельствует о его соответствии критерию "новизна".

При этом отличительные признаки формулы изобретения решают следующие функциональные задачи.

Признаки "...каждая лопасть выполнена в виде предкрылка, ее центральной части и закрылка, вместе образующих слабовыпуклый профиль лопасти, симметричный относительно его хорды, соединяющей наиболее удаленные друг от друга точки профиля, причем предкрылок и закрылок шарнирно соединены с центральной частью лопасти на указанной хорде профиля..." - позволяют реализовать в конструкции, состоящей из жестких элементов, способность изменять геометрию лопасти.

Признак "...лопасть оснащена механизмом согласованного поворота предкрылка и закрылка в противоположных направлениях относительно центральной части лопасти..." - позволяет обеспечить заданное изменение геометрии лопасти.

Признак "...лопасть оснащена...дифференциальным механизмом поворота предкрылка, например планетарным, где валы предкрылка и центральной части лопасти соосно присоединены к двум центральным колесам дифференциального механизма, а водило дифференциального механизма поворота предкрылка прикреплено к корпусу ротора" - позволяет обеспечить согласованный поворот предкрылка и центральной части относительно корпуса ротора.

Признак "...ограничители поворота каждой лопасти выполнены в виде двух упоров, закрепленных на корпусе ротора так, что угловые зазоры между ними и смежными упорными поверхностями лопасти при ее движении навстречу ветру составляют по 45 градусов" - гарантирует оптимальный поворот лопастей для обеспечения наилучших тяговых характеристик ветродвигателя.

Признак "...упоры выполнены подпружиненными" - позволяет при усилении ветра увеличивать угол поворота лопастей и увеличивать тягу ротора ветродвигателя.

Признак "...предкрылок...присоединен к соответствующему центральному колесу дифференциального механизма посредством упругой связи" - позволяет реализовать возможность дополнительно изменить угол поворота предкрылка под действием силы ветра.

Признак "...упругая связь выполнена в виде вала-торсиона, расположенного на оси поворота предкрылка, причем один конец торсиона закреплен на центральном колесе дифференциального механизма, а второй на верхнем конце предкрылка" - позволяет реализовать указанную упругую связь наиболее просто и надежно.

Признак "...длина каждого предкрылка составляет 0,15...0,25 от максимальной хорды профиля лопасти" - позволяет обеспечить оптимальные характеристики лопасти.

Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг.1 показан вид сверху на ветродвигатель. На фиг.2 показана конструкция лопасти с механизмом согласованного поворота предкрылка и закрылка и дифференциальным механизмом. На фиг.3 показано расположение ограничительных упоров на корпусе ротора.

Конструкция ветродвигателя содержит ротор 1, на корпусе которого установлены лопасти, состоящие из предкрылка 2, центральной части 3, закрылка 4, вала 5 предкрылка 2, вала 6 закрылка 4, вала 7 центральной части. В конструкции ветродвигателя имеется дифференциальный механизм, состоящий из первого центрального колеса 8, второго центрального колеса 9 и водила 10, закрепленного на корпусе ротора 1. На водиле 10 расположены колеса 11 с возможностью свободного вращения, связывающие оба центральных колеса 8 и 9. Механизм согласованного поворота предкрылка 2 и закрылка 4 состоит из двух одинаковых кривошипов 12 и 13. Кривошип 12 насажен на валу 5 предкрылка 2, а кривошип 13 находится в подшипнике 14 на центральной части 3 лопасти. Кривошипы 12 и 13 связаны шатуном 15. Вал 6 закрылка 4 связан с кривошипом 13 посредством двух одинаковых колес 16 и 17. На корпусе ротора 1 расположены подпружиненные упоры 18 и 19, а на центральном колесе 9 закреплен сектор 20.

Положения лопастей на фиг.1 обозначены латинскими буквами от "а" до "h".

Углы между упорами 18 и 19 и сектором 20 обозначены на фиг.3 - и .

Конструкция работает следующим образом.

Под действием ветра все лопасти поворачиваются на валах 7 и автоматически приобретают геометрию, показанную на фиг.1 латинскими буквами буквами от "а" до "h". Это происходит из-за асимметричного расположения вала 7 в конструкции лопасти. При этом поворачивается центральное колесо 9 в пределах углов и между сектором 20 и упорами 18 и 19. Одновременно через колеса 11 поворачивается центральное колесо 8 и связанный с ним вал 5 с предкрылком 2, который закреплен на верхнем конце этого вала, и кривошип 12. Через шатун 15 движение передается кривошипу 13, колесам 16 и 17, валу 6 с закрылком 4, который получает согласованный поворот, противоположный повороту предкрылка 2. При усилении ветра центральная часть 3 лопасти имеет возможность сжать пружины упоров 18 и 19 и увеличить угол поворота, а предкрылок 2 - закрутить вал-торсион 5, что приводит и к согласованному изменению положения закрылка 4.

Таким образом, конструкция лопасти, состоящая из жестких элементов, может вести себя аналогично упругой лопасти, но при этом геометрические параметры становятся управляемыми.