ВЕТРОРОТОР

Полезная модель ветроротор для ветроэнергетической установки относится к области ветроэнергетики и предназначен для преобразования энергии ветра в механическую энергию вращения.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемой модели является прототип-ветроагрегат (патент РФ №2101560 от 09.04.1996) состоящий из шнекового ветроротора, который содержит вал (ступицу) и закрепленные на нем винтовые лопасти. Винтовые лопасти ветроротора выполнены воронкообразными. Воронкообразная винтовая лопасть может быть выполнена из плоской кольцевой заготовки. Ветроротор с воронкообразными винтовыми лопастями в наклонном положении имеет большую эффективность по сравнению со шнековым ветроротором с прямыми винтовыми лопастями. Кроме того, он может работать в вертикальном положении и не зависеть от направления ветра. По сравнению с другими вертикальными ветророторами он имеет более высокую энергетическую эффективность: более высокий, чем у ветроротора Савониуса коэффициент использования энергии ветра и большую, чем у Дарье-подобных ветророторов выработку энергии при малых скоростях, а также менее напряженную конструкцию и создает меньшие акустические, электромагнитные и экологические воздействия.
Недостатками существующего ветроротора являются объемная и относительно массивная центральная ступица, которая увеличивает массу конструкции и имеет значительное лобовое сопротивление. Кроме того, при воздействии потока воздуха на ступицу подветренная сторона шнека оказывается в зоне ветровой тени, что снижает коэффицент использования ветра.
Задачей данного технического решения является создание ветроротора, обладающего большей эффективностью.
Техническим результатом изобретения является:
- Уменьшенная масса ветроротора, ступица которого выполнена из тонкостенной трубы уменьшенного диаметра, а соединительные элементы ступицы и ленточно-винтовой поверхности ротора выполнены в виде тонких спиц, уменьшает инерционность ротора в целом.
- Уменьшенное лобовое сопротивление за счет малого диаметра ступицы и свободного пространства между внутренним диаметром ленточно-винтовой поверхности и ступицей обеспечивает сравнительно свободное прохождение потока воздуха сквозь ветроротор.
- Увеличенная площадь ометания ветроротора за счет свободного пространства между внутренним диаметром ленточно-винтовой поверхности и ступицей позволяет потоку ветра максимально воздействовать на всю поверхность ветроротора и максимально устранить ветровую тень.
- Геометрическая форма ленточно-винтовой поверхности образует собой аэродинамическую поверхность, при воздействии на которую потоком ветра возникает подъемная сила, увеличивающая момент и скорость вращения ротора.
- Бесшумная работа ветроротора за счет отсутствия поверхностей, пересекающих воздушный поток при вращении ротора.
Для достижения указанного технического результата применяется устройство - ветроротор, представляющий собой ленточно-винтовоую поверхность в виде косого геликоида, состоящей из плоских заготовок в виде секторов, закрепленных между собой и навитых вокруг ступицы при помощи тонких спиц. Ветроротор имеет свободное пространство между внутренним диаметром ленточно-винтовой поверхности и ступицей.
Ступица выполнена в форме тонкостенной трубы относительно небольшого диаметра и насажена через подшипниковые узлы на шток, являющийся одним из элементов рамы ветроэнергетической установки. Ветроротор может быть расположен как под углом к горизонтальной плоскости, так и в вертикальном положении.
Совокупность предложенных признаков позволяет ветроротору для ветроэнергетической установки работать более эффективно, снизить лобовое сопротивление, использовать дополнительные аэродинамические качества.
Функциональная схема ветроротора для ветроэнергетической установки (фиг.1. фиг.2) содержит:
1. Ленточно-винтовая поверхность;
2. Ступица;
3. Спица;
4. Спица;
5. Шток;
6. Подшипниковые узлы;
Ветроротор для ветроэнергетической установки представляет собой вогнутую ленточно-винтовую поверхность 1 в виде косого геликоида выполненную из плоской ленты, навитой при помощи тонких спиц на ступицу 2, выполненную в форме тонкостенной трубы. Между внутренним диаметром ленточно-винтовой поверхности 1 и ступицей 2 имеется свободное пространство. Ленточно-винтовая поверхность 1 соединяется со ступицей 2 с помощью основных спиц 3, закрепляющих крайние кромки вогнутой ленточно-винтовой поверхности 1 и определяющие ее шаг и степень погиби, и вспомогательных тонких спиц 4, центрующих ленточно-винтовую поверхность относительно ступицы. Ступица 2 выполнена в виде тонкостенной трубы и насажена на шток 5, являющийся одним из элементов рамы ветроэнергетической установки. Ступица 2 соединена со штоком 5 посредством подшипниковых узлов 6.
Воздушный поток, взаимодействуя с ленточно-винтовой поверхностью ветроротора, заставляет его вращаться. Ветроротор не имеет поверхностей, пересекающих воздушный поток при вращении, за счет чего снижаются завихрения, а свободное пространство между внутренним диаметром ленточно-винтовой поверхности и ступицей обеспечивает сравнительно свободное прохождение потока воздуха сквозь ветроротор, а также обеспечивает ометание всей ленточно-винтовой поверхности ветроротора и устраняет ветровую тень. Геометрия вогнутой ленточно-винтовой поверхности при прохождении потока воздуха приводит к возникновению подъемной силы, которая увеличивает момент и скорость вращения ветроротора. Спицы обеспечивают передачу момента вращения на ступицу и центровку вращающихся элементов ротора.