РОТОР ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ
ROTOR OF WIND-POWER PLANT

Изобретение относится к области ветроэнергетики и может быть использовано в ветроэнергетических установках с вертикальной осью вращения.
Известны роторы ветроэнергетических установок с вертикальной осью вращения [1, 2, 3, 4, 5, 6], в общем случае содержащие центральный вал, траверсы, несущий узел с вертикальными лопастями.
В известном патенте по изобретению [3] аэрогидродинамический двигатель выполнен многоярусным с вертикальными лопастями, установленными шарнирно на осях, что позволяет лопастям вращаться вокруг осей. С лопастями взаимодействуют упоры, смещенные от центра осей вращения лопастей. Недостатком этой конструкции является то, что лопасть закреплена только в одной точке, при этом крепление не жесткое, а шарнирное, и при работе установки незакрепленный конец лопасти будет отклоняться от вертикальной оси, появятся колебательные движения, что может привести к выходу из строя шарнирного соединения.
Более близким по технической сущности к предлагаемому ротору является ротор ветряной установки с вертикальной осью вращения [7]. Ротор вертикально-осевой ветряной установки содержит ряд вращающихся вокруг вертикальной оси вертикальных лопастей и располагаемую в центре вращения ступицу, от которой радиально отходят закрытые в аэродинамические обтекатели силовые траверсы, к которым с чередованием прикреплены указанные лопасти по направлению вверх, образуя верхний ярус ротора, и по направлению вниз, образуя нижний ярус.
Недостатком подобной конструкции является то, что при несовпадении центра масс ротора с осью вращения при его работе появляются колебательные движения, которые передаются на мачту, и мачта начинает вибрировать, и эта вибрация, в конечном счете, может привести к разрушению. Роторы ветроэнергетических установок небольших размеров мощностью порядка 200 Вт можно собрать и отбалансировать с большой точностью на заводе-изготовителе и транспортировать в собранном виде.
Роторы более мощных ветроэнергетических установок мощностью 30 кВт и более транспортируются в разобранном виде. Ступицы, траверсы, лопасти, кольца и остальные детали ротора перевозятся к потребителю по отдельности, при этом балансировка может нарушиться, а повторить балансировку ротора у потребителя практически невозможно.
Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является разработка ротора, в котором дисбаланс ротора не передается на мачту, а компенсируется конструкцией. Это достигается тем, что несущее кольцо, на котором установлены лопасти, соединено со ступицей с помощью гибких растяжек, выполненных из каната.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где показаны на:
- фиг.1 - общий вид ротора;
- фиг.2 - вид сверху на ротор;
- фиг.3 - вид снизу на ротор;
- фиг.4 - узел крепления верхних растяжек к ступице;
- фиг.5 - узел крепления лопасти к несущему кольцу, вид сбоку;
- фиг.6 - узел крепления сегментов несущего кольца;
- фиг.7 - узел крепления растяжек к несущему кольцу;
- фиг.8 - узел ориентации лопастей при их установке;
- фиг.9 - узел крепления лопасти;
- фиг.10 - верхняя и нижняя растяжки.
Ротор содержит ступицу 1, которая с помощью гибких растяжек верхних 2 и нижних 3 соединена с несущим кольцом 4. На несущем кольце 4 в два яруса установлены лопасти - лопасти 5 образуют верхний ярус, лопасти 6 образуют нижний ярус. Лопасти установлены на несущем кольце равномерно через 120°, причем один ярус лопастей смещен относительно другого на 60°. Свободные концы лопастей соединены между собой гибкими растяжками 7. Растяжки 2, 3, растяжки 7 выполнены из каната. Несущее кольцо 4 выполнено из трубы, которое состоит из нескольких сегментов 8, скрепленных фланцевым соединением, показанным на фиг.5. Растяжки 2, 3 крепятся к ступице через поворотные пластины 9, имеющие возможность поворота вокруг осей 10, 11. Оси 10, 11 проходят через кронштейны 12, 13, которые прикреплены к верхнему фланцу 14 ступицы 1, при этом оси 10, 11 разнесены по высоте. Узлы крепления верхних растяжек 2 и нижних растяжек 3 к ступице 1 разнесены по высоте, равной высоте ступицы, которая выбирается расчетным путем из условий оптимизации высоты ступицы с усилиями растяжек.
Верхние растяжки 2 содержат гильзу 15 с резьбовым отверстием, куда ввернута вилка 16, образуя винтовую пару. В нижних растяжках 3 между резьбовой гильзой 15 и вилкой 16 установлен талреп 17. К несущему кольцу 4 растяжки крепятся через кронштейны 18, установленные на сегментах 8. Лопасти 5, 6 прикреплены к несущему кольцу 4 через посадочную площадку 19, которая жестко связана с пластинами 20, которые, в свою очередь, жестко соединены с сегментом 8 несущего кольца 4. Посадочные площадки 19 расположены под некоторым углом к продольной оси сегментов 8. На посадочной площадке установлены четыре направляющих штыря 21, а также ряд сквозных отверстий для крепления лопастей. Соединение лопастей с посадочной площадкой 19 осуществляется болтовыми соединениями, при этом между посадочной площадкой 19 и лопастью установлена пластина регулировочная 22, наружный контур которой повторяет наружный контур посадочной площадки 19, а внутренний контур, показанный пунктирной линией, повторяет наружный контур лопасти (фиг.7). В этих же болтовых соединениях установлен груз балансировочный 23, который выполнен в виде пластин с двумя отверстиями для установки их под два соседних болта. Для контровки болта и гайки установлены контровочные пластины 24.
Сборка ротора осуществляется следующим образом. На подставке небольшой высоты устанавливается ступица 1, затем на подставке в половину высоты подставки под ступицу устанавливается несущее кольцо 4. Подсоединяют верхние растяжки 2, предварительно выровняв их по длине с помощью гильзы 15 и вилки 16, затем подсоединяют нижние растяжки и с помощью талрепов 17 обеспечивают равномерный натяг всех растяжек.
За счет того что оси 10, 11, расположенные в кронштейнах 12, 13, разнесены по высоте, исключается касание растяжек между собой.
При установке лопастей 5, 6 на посадочные площадки 19 первоначально их ориентируют с помощью четырех направляющих штырей 21, затем закрепляют с помощью болтовых соединений, при этом регулировочными пластинами 22 лопасти выставляют вертикально. Грузами 23 производят балансировку ротора.
За счет того что лопасти 5, 6 установлены на несущем кольце 4 под углом к касательной в точке установки лопасти, под воздействием ветра обеспечивается вращение ротора в составе ветроэнергетической установки.
Ротор, выполненный по данному изобретению, обеспечит надежную работу ветроэнергетической установки в целом, поскольку будет исключена передача вибрации ротора при его дисбалансе на мачту, так как вибрация ротора будет демпфироваться гибкими растяжками.
Источники информации
1. Патент RU 2006668, Ротор ветродвигателя, F03D 3/06, приоритет 18.12.1989 г.
2. Патент RU 2024782, Ветроколесо, F03D 3/06, приоритет 13.03.1991 г.
3. Патент RU 2044157, Аэрогидродинамический двигатель, F03D 3/00, приоритет 31.07.1992 г.
4. Патент RU 2045682, Ротор ветродвигателя, F03D 7/06, приоритет 26.03.1993 г.
5. Патент RU 2104408, Ветродвигатель с вертикальной осью вращения, F03D 3/00, приоритет 25.05.1994 г.
6. Патент RU 2188335, Вертикально-осевое ветроколесо, F03D 7/06, приоритет 18.06.2001 г.
7. Патент RU 2347104, Ротор ветряной установки с вертикальной осью вращения (варианты), F03D 3/06, приоритет 12.05.2006 г.