Машущий ветродвигатель

 

Полезная модель относится к области ветроэнергетической техники и может быть использована в ветряных энергетических установках, рабочие органы которых совершают машущие колебательные движения и не вращаются.

Содержит стойку 1, шарнирно установленную на стойке 1 поворотную раму 2 с поворотным крылом 5, горизонтальные поперечные балки 3 и ограничительные упоры 4 поворота крыла 5, закрепленные на раме 2, концы которых соединены по диагонали расчалками 6 с противоположными углами поворотной рамы 2 и между собой, что обеспечивает расширение диапазона допустимых изменений динамических ветровых нагрузок.

Полезная модель относится к области ветроэнергетической техники и может быть использована в ветряных энергетических установках, рабочие органы которых совершают машущие автоколебательные колебательные движения и не вращаются, (так записано в МПК)

Известно устройство для преобразования ветровой энергии в механическую энергию, реализующее известный способ преобразования кинетической энергии текучей среды в возвратно-поступательное перемещение крыла, которое содержит поворотное крыло с удерживающей его конструкцией в вертикальном положении с возможностью совершать колебательное движение под действием поочередной аэродинамической силы поворотного крыла то одного, то другого направления, механизм передачи колебательного движения удерживающей конструкции нагрузке и ограничительные упоры колебательного движения удерживающей конструкции с противодействующими пружинами относительно неподвижной опоры [1]. Ограничительные упоры формируют сектор колебательного движения удерживающей поворотное крыло конструкции. При этом поворотное крыло содержит закрылок с ограничительными упорами, которые ограничивают повороты закрылка. За счет использования всей поверхности рабочего органа (крыла с закрылком) обеспечиваются необходимые условия для формирования наибольшей подъемной силы крыла и, следовательно, достигается высокий коэффициент использования энергии течения среды в заданном профиле поперечного сечения канала для преобразования ее в механическую энергию без вращения рабочего органа.

Недостаток известного устройства состоит в том, что периодическое накопление противодействующей пружиной механической энергии при каждом циклическом движении удерживающей поворотное крыло конструкции в окрестностях краевых зон ограничения заданного сектора ее перемещения снижает производительность энергетической установки по причине не совсем рационального расхода накопленной противодействующей пружиной механической энергии на поддержание автоколебательного режима, кроме того, использование закрылка и противодействующей пружины для поддержания автоколебательных движений конструкции с поворотным крылом не отвечает в полной мере требованиям высокой долговечности энергетической установки. Кроме того, для возбуждения автоколебательного режима движения конструкции, удерживающей поворотное крыло в воздушной среде, требуется ручная начальная установка крыла под углом атаки к ветровому потоку, в случае, когда появится ветер, и вручную поворачивать рабочий сектор неподвижной опоры в направлении против ветра в случае, когда ветер изменит свое направление.

Наиболее близким известным техническим решением к предлагаемому в качестве прототипа является устройство для преобразования ветровой энергии в механическую, содержащее стойку и шарнирно установленную на стойке поворотную раму с поворотным крылом, которое установлено в вертикальном положении на одной вертикальной стороне поворотной рамы с возможностью его поворота на оси, другая вертикальная сторона поворотной рамы шарнирно соединена со стойкой и через кинематические связи соединена с нагрузкой, при этом ось вращения поворотного крыла и стойка отклонены на угол 57° в направлении минимального значения диаграммы направленности розы ветров вдоль ветрового потока для обеспечения устойчивых автоколебательных движений поворотной рамы в широком секторе [2].

Недостаток прототипа состоит в том, при автоколебательных движениях поворотной рамы под действием ветра появляются большие разрушающие раму знакопеременные динамические нагрузки, совпадающие по частоте с порывами ветра.

Целью полезной модели является расширение диапазона допустимых изменений динамических ветровых нагрузок путем увеличения прочности поворотной рамы с использованием дополнительных конструктивных элементов.

Указанная цель достигается тем, что, кроме известных и общих отличительных признаков, а именно: стойки и шарнирно установленную на стойке поворотной рамы с поворотным крылом, которое установлено в вертикальном положении на одной вертикальной стороне поворотной рамы с возможностью его поворота на оси, другая вертикальная сторона поворотной рамы шарнирно соединена со стойкой и через кинематические связи соединена с нагрузкой, предлагаемый машущий ветродвигатель содержит верхнюю и нижнюю горизонтальные поперечные балки и верхние и нижние ограничительные упоры поворота крыла, закрепленные на раме, при этом угол поворота поворотного крыла не превышает зоны действия ограничительных упоров, концы горизонтальных поперечных балок соединены по диагонали расчалками с противоположными углами поворотной рамы и между собой, образуя жесткую объемную конструкцию для удержания в ней поворотного крыла.

Новизна полезной модели состоит в том, что машущий ветродвигатель содержит верхнюю и нижнюю горизонтальные поперечные балки и верхние и нижние ограничительные упоры поворота крыла, закрепленные на раме, при этом угол поворота поворотного крыла не превышает зоны действия ограничительных упоров, концы горизонтальных поперечных балок соединены по диагонали расчалками с противоположными углами поворотной рамы и между собой, образуя жесткую объемную конструкцию для удержания в ней поворотного крыла, что обеспечивает расширение диапазона допустимых изменений динамических ветровых нагрузок.

Предлагаемый машущий ветродвигатель изображен на чертеже, где обозначено: 1 - стойка; 2 - поворотная рама; 3 - верхняя (нижняя) поперечная балка; 4 - верхние (нижние) ограничительные упоры; 5 - поворотное крыло; 6 - расчалки; 7 - растяжки; 8 - нагрузка машущего ветродвигателя.

В исходном положении к стойке 1 шарнирно закреплена поворотная рама 2 с верхними (нижними) поперечными балками 3 и верхними (нижними) ограничительными упорами 4. Поворотное крыло 5 установлено внутри поворотной рамы 2 и с помощью своей оси вращения шарнирно соединено с одной вертикальной стороной поворотной рамы 2, другая вертикальная сторона которой соединена шарнирами с вертикальной стойкой 1. Концы верхних (нижних) поперечных балок 3 соединены по диагонали с противоположными углами поворотной рамы 2 и между собой с помощью расчалок 6, образуя жесткую объемную конструкцию для удержания в ней поворотного крыла 5. Вертикальная стойка 1 закреплена неподвижно растяжками 7. Нагрузка 8 машущего ветродвигателя подсоединена кинематическими связями с вертикальной стороной поворотной рамы 2.

Предлагаемый машущий ветродвигатель работает следующим образом.

Под действием ветра в направлении V формируется аэродинамическая (подъемная) сила поворотного крыла 5, которое поворачивается на своей оси и двигается вместе с поворотной рамой 2. При повороте крыла 5 уменьшается его угол атаки до нулевого значения. Дальнейшее движение поворотной рамы 2 с поворотным крылом 5, угол атаки которого равен нулю, происходит по инерции. В интервале времени инерционного движения поворотной рамы 2 изменяется угол атаки поворотного крыла 5 на противоположный и формируется аэродинамическая (подъемная) сила противоположного направления. Под действием силы ветра V происходит дальнейший поворот крыла 5 в другую сторону и поворотное крыло 5 вместе с поворотной рамой 2 начнут перемещаться в противоположном направлении, совершая известные в прототипе автоколебательные машущие движения. Эти движения с помощью кинематической связи передаются нагрузке 8.

При работе машущего ветродвигателя поворотная рама 2 испытывает большие динамические нагрузки, обусловленные сильными порывами ветра V. Для увеличения прочности поворотной рамы 2 предлагается установить на ее горизонтальные стороны поперечные балки 3, концы которых соединены по диагонали с противоположными углами поворотной рамы 2 и между собой с помощью расчалок 6, образуя жесткую объемную конструкцию для удержания в ней поворотного крыла 5. Устойчивость стойки 1 обеспечивается растяжками 7.

Промышленная осуществимость полезной модели обуславливается тем, что в ней использованы известные в аналоге и прототипе узлы и механизмы по своему прямому функциональному назначению. В организации - заявителе изготовлен макет заявляемого машущего ветродвигателя в 2012 году.

Положительный эффект от использования полезной модели состоит в том, что расширяется не менее чем на 15... 20% ширина допустимого диапазона изменений динамических ветровых нагрузок путем увеличения прочности поворотной рамы 2 с использованием дополнительных конструктивных элементов 3 и 6. Источники информации:

1. Патент RU 2141058, Способ преобразования кинетической энергии текучей среды в возвратно-поступательное перемещение крыла и установка для его осуществления, МПК F03D 5/06, приоритет: 01.11.1995, заявитель, автор и патентообладатель: Бакай В.И., (аналог).

2. Патент RU 110423 на полезную модель, Устройство для преобразования ветровой энергии в механическую, МПК F03D 5/06, приоритет: 16.06.2011, авторы: Ахмедов Т.Х., Царьков A.M., Смирнов Я.Д., патентообладатель: МОУ «Институт инженерной физики», (прототип).

Машущий ветродвигатель, содержащий стойку и шарнирно установленную на стойке поворотную раму с поворотным крылом, которое установлено в вертикальном положении на одной вертикальной стороне поворотной рамы с возможностью его поворота на оси, другая вертикальная сторона поворотной рамы шарнирно соединена со стойкой и через кинематические связи соединена с нагрузкой, отличающийся тем, что содержит верхнюю и нижнюю горизонтальные поперечные балки и верхние и нижние ограничительные упоры поворота крыла, закрепленные на раме, при этом угол поворота поворотного крыла не превышает зоны действия ограничительных упоров, концы горизонтальных поперечных балок соединены по диагонали расчалками с противоположными углами поворотной рамы и между собой, образуя жесткую объемную конструкцию для удержания в ней поворотного крыла.



 

Похожие патенты:

Промышленная или бытовая ветряная электростанция для дачи, частного дома, промышленности (ветроэлектростанция) относится к энергетике, в частности к использованию энергии ветра для выработки электроэнергии. Ветроэлектростанция обеспечивает полноту использования энергии ветрового потока. Конструкция ветроэлектростанции создает возможность выработки электроэнергии и при низких скоростях ветра с достижением цикла устойчивости работы до 270-300 дней в году.
Наверх