винт-турбина

Формула изобретения

1. Винт-турбина состоит из ветроколес, установленных на горизонтальной оси, первое ветроколесо закреплено неподвижно на оси, остальные ветроколеса установлены на оси с возможностью поворота в пределах, определенных ограничителями, установленными на каждом ветроколесе, последнее ветроколесо соединено с осью пружинно-центробежным механизмом.

2. Винт-турбина по п.1, отличающаяся тем, что смежные ветроколеса соединены пружиной, последнее ветроколесо соединено с осью пружинно-центробежным механизмом.

3. Винт-турбина по п.1, отличающаяся тем, что каждое ветроколесо соединено пружиной с осью, последнее ветроколесо соединено с осью пружинно-центробежным механизмом.

4. Винт-турбина по п.1, отличающаяся тем, что смежные ветроколеса соединены пружинно-центробежными механизмами.

5. Винт-турбина по п.1, отличающаяся тем, что каждое ветроколесо соединено пружинно-центробежным механизмом с осью.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к энергетике. Винт-турбина может использоваться для преобразования кинетической энергии ветра в механическую или электрическую энергию.

Известны быстроходные двухлопастные винты, имеющие проблемы при старте вследствие незначительного стартового момента. Многолопастные турбины имеют высокий стартовый момент, но они тихоходны и испытывают повышенные нагрузки при сильном ветре.

Известны ветрогенераторы по патентам US 6856042, US 6945747, в которых лопасти двух соосных роторов могут перекрывать друг друга при усилении ветра. Роторы взаимодействуют при помощи пружинных механизмов с упорами. Недостатком известных ветрогенераторов является сложность механической и электрической систем, выполненных независимыми для каждого из роторов. Кроме того, невозможно увеличить количество роторов без существенного усложнения механизмов.

Известен ветряной двигатель по патенту SU16619, выбранный в качестве прототипа, в котором два соосных ветряка взаимодействуют при помощи пружин, причем один из ветряков установлен подвижно на валу, а второй закреплен на нем неподвижно.

Недостаток известного ветряного двигателя в том, что лопасти подвижного ветряка не будут поворачиваться по направлению к лопастям неподвижного ветряка, если сила, требуемая для вращения вала преобразователя энергии, не увеличивается при увеличении скорости вращения и меньше силы упругости пружины. Требуется торможение вала преобразователя энергии при увеличении силы ветра, что снижает КПД ветроустановки, усложняет механизм преобразователя энергии.

Технической задачей настоящего изобретения является установка зависимости количества лопастей винт-турбины от скорости ветра.

Технический результат достигается в винт-турбине, состоящей из двух или более ветроколес, установленных на горизонтальной оси, первое ветроколесо закреплено неподвижно на оси, остальные, поворотные ветроколеса, установлены на оси с возможностью поворота в пределах, определенных ограничителями, установленными на каждом ветроколесе, последнее ветроколесо соединено с осью пружинно-центробежным механизмом (далее п-ц механизмом). Кроме того, каждое ветроколесо может быть соединено с осью или со смежными ветроколесами пружинами с разной силой упругости или п-ц механизмами.

Изобретение поясняется чертежами:

фиг.1-4 - последовательность сборки четырех ветроколес на оси.

фиг.5 - п-ц механизм, установленный на ступице последнего ветроколеса.

фиг.6 - п-ц механизм под действием центробежной силы.

Первое ветроколесо закреплено неподвижно на оси 7 (фиг.1), остальные ветроколеса (фиг.2, 3, 4) установлены на оси с возможностью поворота. Все ступицы ветроколес снабжены ограничителями поворота 2, которые позволяют сложить лопасти ветроколес при сильном ветре и равномерно расправить при слабом.

П-ц механизм может быть выполнен в виде спиральной пружины 3 и двух грузов 4, соединенных тягами 5 со ступицей 1 ветроколеса и с рычагом 6 оси 7 (фиг.5, 6). Пружина 3 создает натяжение таким образом, чтобы лопасти винт-турбины при слабом ветре или его отсутствии были полностью расправлены. Грузы 4 соединены со ступицей 1 и с рычагом 6 оси 7 тягами 5 таким образом, что центробежная сила, действующая на грузы 4, будет стремиться повернуть ступицу 1 и тем самым сложить лопасти винт-турбины. Центр масс грузов 4 на всем их пути должен совпадать с осью винт-турбины.

Каждая ступица поворотного ветроколеса может быть соединена п-ц механизмом или пружиной с осью или со смежными ступицами (не показано).

Винт-турбина работает следующим образом.

При слабом и умеренном ветре винт-турбина находится в расправленном виде и ее лопасти имеют большую рабочую поверхность, что дает высокий стартовый момент и хороший коэффициент использования энергии ветра. Когда скорость ветра усиливается и винт-турбина набирает обороты, возрастает центробежная сила, действующая на грузы 4. Под действием этой силы грузы 4 расходятся от оси 7 и складывают винт-турбину, уменьшая количество лопастей. В сложенном виде винт-турбина имеет меньшую рабочую поверхность лопастей, меньшее лобовое сопротивление, ее лопасти имеют опору друг на друга, следовательно, более высокую прочность. Когда ветер стихнет, обороты винт-турбины упадут, пружина 3 развернет лопасти в расправленный вид. Сложение винт-турбины можно отрегулировать на определенную скорость ветра изменением массы грузов и натяжением пружины п-ц механизма.

Если каждая ступица поворотного ветроколеса соединена п-ц механизмом или пружиной с осью или со смежными ступицами, можно отрегулировать поочередное сложение ветроколес на определенные скорости ветра.

Таким образом, описанная винт-турбина позволяет менять количество рабочих лопастей в зависимости от скорости вращения.

Винт-турбина при использовании ее в ветроэнергетике может увеличить КПД ветроустановки, используя энергию малого ветра. Учитывая, что обычно скорость ветра бывает 3-8 м/с, а ветроустановка выходит на максимальную энергоотдачу при 15 м/с, выработка электроэнергии ветроэлектростанцией может увеличиться в несколько раз.