Ротор ветродвигателя
WIND ROTOR

Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано в системах электроснабжения.
Известен ротор ветродвигателя, содержащий вертикальный вал, жестко связанный с корпусом, в подшипниковых опорах которого размещены верхний и нижний горизонтальные валы. На консолях этих валов закреплены, соответственно, верхние и нижние ветроприемные пластины. Одноименные ветроприемные пластины закреплены под углом друг к другу, а горизонтальные валы кинематически связаны между собой с возможностью поворота в противоположных направлениях. Кромки ветроприемных пластин смещены относительно осей горизонтальных валов в направлении движения лопастей на величину, обеспечивающую перекрытие расстояния между горизонтальными валами ветроприемными пластинами одной лопасти при горизонтальном положении ветроприемных пластин другой лопасти (см. патентный документ US 20140050583 А1, опубл. 20.02.2014).
Недостатком данного ротора ветродвигателя является сложность кинематической связи между горизонтальными валами, что повышает его стоимость.
Проблемами, решаемыми данным изобретением, являются упрощение конструкции ротора ветродвигателя и снижение его стоимости.
Указанные технические проблемы решаются ротором ветродвигателя, содержащим вертикальную ось, по меньшей мере одну пару лопастей, размещенных диаметрально противоположно друг другу и включающих в себя верхние и нижние ветроприемные пластины, закрепленные соответственно на верхнем и нижнем горизонтальных валах со смещением их кромок относительно осей горизонтальных валов в направлении движения лопастей на величину, обеспечивающую перекрытие расстояния между горизонтальными валами ветроприемными пластинами одной лопасти при горизонтальном положении ветроприемных пластин другой лопасти, в котором ветроприемные пластины расположены параллельно горизонтальным валам со смещением относительно осей горизонтальных валов в направлении движения лопастей, а кинематическая связь между горизонтальными валами выполнена в виде двух гибких элементов, концы которых закреплены на горизонтальных валах.
Сущность изобретения поясняется графическими материалами, где изображено:
Фиг. 1 - схема ротора ветродвигателя.
Фиг. 2 - схема определения угла между касательными к траекториям кромок ветроприемных пластин в точке их пересечения при смещении ветроприемных пластин относительно осей горизонтальных валов в направлении движения лопастей.
Вертикальный вал 1 жестко связан с корпусом 2, в подшипниковых опорах которого размещены верхний горизонтальный вал 3 и параллельный ему нижний горизонтальный вал 4.
На консолях этих валов закреплены, соответственно, верхние ветроприемные пластины 5 и 6 и нижние ветроприемные пластины 7 и 8. Одноименные пластины закреплены под углом друг к другу. При этом угол может назначаться в пределах от 45° до 90°. Горизонтальные валы 3 и 4 кинематически связаны между собой с возможностью поворота в противоположных направлениях. Учитывая, что угол поворота не превышает 90°, кинематическая связь выполнена в виде двух гибких элементов 9 и 10 (например, ленты), концы которых закреплены на горизонтальных валах. Кромки ветроприемных пластин смещены относительно осей горизонтальных валов. Величина смещения обеспечивает перекрытие расстояния между горизонтальными валами 3 и 4 ветроприемными пластинами 5 и 7 одной лопастью при горизонтальном положении ветроприемных пластин 6 и 8 другой лопасти.
При контакте между ветроприемными пластинами возникают распорные усилия. Эти усилия увеличиваются при увеличении угла между ветроприемными пластинами 5 и 7. Для снижения распорных усилий при больших углах между ветроприемными пластинами последние располагают параллельно осям горизонтальных валов со смещением их относительно осей горизонтальных валов в направлении движения лопастей. В этом случае величина распорных усилий определяется не углом между ветроприемными пластинами, а углом α между касательными к траекториям кромок ветроприемных пластин в точке их пересечения. Это позволяет увеличивать угол между ветроприемными пластинами без увеличения распорных усилий. При этом кинематическая связь между горизонтальными валами не испытывает рабочих нагрузок, что упрощает конструкцию ротора ветродвигателя и снижает его стоимость. Кроме того, выполнение кинематической связи в виде двух гибких элементов снимает конструктивные ограничения на расстоянии между горизонтальными валами, что позволяет обеспечивать любую величину смещения кромок ветроприемных пластин относительно горизонтальных валов, при любом размере лопастей.
Ветроприемные пластины снабжены дополнительными поверхностями 11, создающими сопротивление воздушному потоку в радиальном направлении, что повышает эффективность использования энергии ветра.
Ротор ветродвигателя работает следующим образом.
Под действием напора ветра ветроприемные пластины 5 и 7 раскрываются до упора друг в друга, перекрывая расстояние между горизонтальными валами 3 и 4, создавая максимальное сопротивление при движении лопасти за воздушным потоком. Благодаря жесткому соединению ветроприемных пластин с горизонтальными валами и кинематической связью между горизонтальными валами ветроприемные пластины 6 и 8 занимают горизонтальное положение, создавая минимальное сопротивление при движении лопасти против ветра.
Уменьшение распорных усилий при взаимодействии ветроприемных пластин, снятие рабочих нагрузок с кинематической связи между горизонтальными валами и применение в ней гибких элементов существенно упрощает конструкцию ротора ветродвигателя и снижает его стоимость.