ДВУХЪЯРУСНЫЙ ВЕРТИКАЛЬНО-ОСЕВОЙ РОТОР

ДВУХЯРУСНЫЙ ВЕРТИКАЛЬНО-ОСЕВОЙ РОТОР
Изобретение относится к ветро-гидроэнергетике и нредназначено для самозапуска двухярусного вертикально-осевого ротора.
Известен вертикально-осевой ротор, содержащий вертикальный вал с траверсами, на концах которых установлены вертикальные профилированные лопасти. Известны многоярусные вертикально-осевые роторы, составленные из двух и более роторов, размещенных на одном валу и смещенных относительно друг друга на некоторый угол 1.
Такие роторы позволяют эффективно использовать энергию ветрового потока независимо от направления ветра. Однако для них затруднен самозапуск ротора, что требует применения различных пусковых устройств.
Известны устройства, обеспечивающие самозапуск вертикально-осевого ротора 2-4. Однако эти устройства усложняют конструкцию ротора, снижают ее надежность и ухудшают энергетические характеристики.
Наиболее близким по технической сущности к изобретению является двухярусный вертикально-осевой ротор, содержащий два ротора, установленных на одном вертикальном валу со смещением на угол 90 относительно друг друга, причем каждый ротор оснащен двумя вертикальными лопастями с симметричным крыльевым профилем 5.
Для такого двухярусного ротора наблюдается тенденция к запуску без предварительной закрутки. Однако не установлен диапазон значений параметров конструкции, при которых возможен самозапуск ротора.
M. КЛ. F 03 D 3/02
Задачей изобретения является обеспечение самозапуска двухярусного вертикально-осевого ротора без применения каких-либо пусковых устройств и при сохранении его высоких энергетических характеристик.
Эта задача решается путем выбора параметров конструкции ротора в заданном диапазоне их изменения.
СЗТЦНОСТБ изобретения заключается в том, что в двухярусном вертикально-осевом роторе, содержащем два ротора, установленных на одном вертикальном валу со смещением на угол 90 относительно друг друга, причем каждый ротор оснащен двумя вертикальными лопастями с симметричным крыльевым профилем, ширина лопастей выбирается в пределах 0,3-0,5 радиуса ротора, при этом толшдна крыльевого профиля лопасти должна составлять от 15 до 20 процентов ее ширины.
Изобретение поясняется прилагаемым чертежем, где на фиг. 1 приведена принципиальная схема двухярусного ротора с двумя вертикальными лопастями в каждом ярусе. Лопасти первого яруса 1 (заштрихованы) сдвинуты на угол ЭО относительно лопастей второго яруса 2. В каждом ярусе лопасти размещены на расстоянии R от вертикального вала 3, с которым связаны траверсами (на фиг. 1 не указаны). Ширина каждой лопасти обозначена через 6, а толщина крыльевого профиля лопасти - через с. Геометрические параметры профиля лопастей на фиг. 1 соответствуют отношениям bjR  0,5; с/Ь  0,18.
Предлагаемое устройство работает следуюпщм образом. При обтекании потоком заданной конфигурации лопастей ненодвижного (не вращающегося) ротора на лопасти действуют аэрогидродинамические силы, которые создают аэрогидродинамический момент относительно вертикалькой оси ротора 3. Отрицательный аэрогидродинамический момент препятствует раскрутке ротора, а положительный создает крутящий момент, стремяпщйся закрутить ротор. Величина и направление аэрогидродинамического момента зависят от скорости набегающего потока V и геометрических параметров ротора. Для двухярусного ротора, каждый ярус которого оснащен двумя вертикальными лопастями с симметричным крыльевым профилем, аэрогидродинамический момент, создаваемый неподвижными лопастями, оказывается положительным, если ярусы сдвинуты относительно друг друга на угол 90°, ширина лопастей составляет 0,3-0,5 радиуса ротора, а толщина крыльевого профиля меняется в пределах от 15 до 20 % ширины лопасти.
Таким образом, в указанном диапазоне параметров конструкпии двухярусного ротора создается крутящий аэрогидродинамический момент, который обеспечивает самозапуск ротора без привлечения каких-либо дополнительных пусковых устройств. При этом сохраняются высокие энергетические характеристики ротора 5.
Следует отметить, что самозапуск двухярусного ротора сохраняется и при более широких лопастях и более толстых профилях, по при этом происходит снижение его энергетических характеристик. Снижение энергетических характеристик имеет место и при увеличении числа лопастей в каждом ярусе.
Эффективность предлагаемого устройства была проверена экспериментально на моделях двухярусного ротора с вертикальным валом, которая перемещалась в гидроканале с разными скоростями. Кроме того, работоспособность предлагаемого устройства была проверена в натурных условиях на опытном образце речного навигационного буя со встроенной микрогэс, в состав которой входила двухярусная гидротурбина с вертикальными лопастями.
Источники информации, принятые во внимание:
1.Ветроэнергетические станции// Сб. науч. тр. Гидропроекта. М: 1988.- Вып. 129.-224 с.
2.Галась М.И., Дымковец Ю.П., Акаев Н.А., Костюков И.Ю. О целесообразности создания вертикально-осевых ветроэнергетических установок мегаватного класса // Энергетическое строительство.-1991.- 3.- С. 3337.
3.Мозжилкин В.В., Четнов A.M., Маркушин А.Г., Блинков Ю.А. Ротор вертикально-осевого ветродвижителя. Авт. свид. РФ N 2034169, кл. F 03 D 7/06. Онубл. 27.04.95.
4.Саленко С.Д., Штерцер В.А., Шатилов К.А. Ветроколесо. Авт. свид. РФ N 2024782, кл. F 03 D 3/06. Опубл. 15.12.94.
5.Иванов И.И., Иванова Г.А., Перфилов О.Л. Модельные исследования роторных рабочих колес ветроэнергетических станций // Сб. науч. тр. Гидропроекта. М: 1988.- Вьш. 129. С. 106-112.