БЫСТРОХОДНОЕ ВЕТРОКОЛЕСО АКСИАЛЬНОГО ТИПА

Полезная модель относится к ветроэнергетике, к устройствам аэродинамического типа регулирования частоты вращения и крутящего момента ветроколеса.
Известно быстроходное ветроколесо (ВК) аксиального типа, например, описанное в патенте РФ №2272173, принятое за прототип. Данное быстроходное ветроколесо аксиального типа содержит ступицу, жестко закрепленные на ней подшипниковые узлы, в которых размещены лопасти с возможностью поворота относительно своих осей, расположенных под углом по отношению к оси ветроколеса, а также размещенное в ступице устройство, влияющее на поворот лопасти.
Общими существенными признаками предлагаемого технического решения с прототипом являются следующие - быстроходное ветроколесо аксиального типа содержит закрепленные на валу рабочие лопасти, расположенные под углом к плоскости вращения.
Конструкции данного типа систем регулирования скоростью вращения ветроколеса технически сложны, а следовательно, дороги, а также чувствительны к погодным условиям, как то, изменение температуры, гололед, следовательно, невысокая надежность. Кроме того, быстроходные ветроколеса имеют очень низкий пусковой момент, поэтому их самозапуск происходит только при высоких скоростях ветра.
Предлагаемой конструкцией решается техническая задача запуска ветроколеса при малых скоростях ветра и наоборот торможения при его излишних скоростях, а также поддержания постоянной скорости вращения ветроколеса.
Для решения данной технической задачи в быстроходном ветроколесе аксиального типа с закрепленными на валу (на ступице) рабочими лопастями, расположенными под углом к плоскости вращения, рабочие лопасти закреплены на валу неподвижно, а ветроколесо снабжено дополнительными лопастями, закрепленными на валу неподвижно, расположенными в плане между рабочими лопастями (оси имеют угловой сдвиг относительно осей рабочих лопастей), при этом дополнительные лопасти расположены под большим углом к плоскости вращения, чем рабочие лопасти.
Дополнительные лопасти вращаются в этой же плоскости или в другой эквидистантой плоскости. Диаметр и углы их установки определяются конкретно для каждой ветроустановки исходя из расчетной скорости вращения ветроколеса, расчетной мощности и скорости ветра.
Отличительными признаками предлагаемого технического решения от известного (прототипа) являются следующие - рабочие лопасти закреплены на валу неподвижно, а ветроколесо снабжено дополнительными лопастями, закрепленными на валу неподвижно, расположенными в плане между рабочими лопастями (оси имеют угловой сдвиг относительно осей рабочих лопастей), при этом дополнительные лопасти расположены под большим углом к плоскости вращения, чем рабочие лопасти.
Благодаря существенным признакам предлагаемого технического решения в совокупности с известными достигается следующий технический результат - дополнительные лопасти имеют большие углы установки, что позволяет раскрутиться ветроколесу при малых скоростях ветра, осуществляется регулирование оборотов ветроколеса за счет того, что дополнительная лопасть тормозит ветроколесо при больших скоростях вращения ветроколеса, чем поддерживает расчетную скорость вращения ВК.
Предложенное техническое решение может найти применение в конструкции ветроэнергетических установок горизонтально-осевого типа.
Конструкция предлагаемого ветроколеса с регулятором оборотов аэродинамического типа поясняется рисунком.
На фиг.1 изображено ветроколесо, а также углы установки рабочих и пусковых лопастей.
На фиг.2 изображен сравнительный график зависимости крутящего момента на оси ветроколеса от скорости его вращения для различных ветроколес.
Изображенное на чертеже фиг.1 ветроколесо, содержит ступицу 1, жестко закрепленные на ней рабочие лопасти 2 и пусковые лопасти 3, на разрезах А-А и Б-Б показан угол установки соответственно рабочих 2 и пусковых лопастей 3 ветроколеса.
Алгоритм работы ветроколеса объясняется графиком, приведенным на фиг.2. Пусковые лопасти 3 имеют большой пусковой момент (крутящий момент на оси ветроколеса при стоящем ветроколесе) превышающий пусковой момент рабочей лопасти 2 три и более раз, за счет чего ветроколесо начинает вращаться при очень малых скоростях ветра (2..3 м/с). По мере раскрутки ветроколеса крутящий момент от рабочих лопастей 2 возрастает, а у пусковых лопастей 3, наоборот, убывает и становиться даже отрицательной, т.е. пусковые лопасти 3 оказывают тормозящее действие на ветроколесо. За счет описанного эффекта скорость вращения ветроколеса стабилизируется около расчетного значения за счет резкого падения величины крутящего момента (линия суммарный коэффициент) при дальнейшем росте скорости вращения ветроколеса.