Ротор мобильного ветродвигателя

Использование: преобразование энергии ветрового потока во вращающий момент ротора.

Задача: создание для мобильного ветродвигателя ротора повышенной прочности с возможностью его оперативной сборки-разборки и контейнерной транспортировки за счет оптимизации формы роторных лопастей.

Сущность: четыре идентичные монолитные лопасти ротора скреплены с вертикальной осью его вращения при помощи нижней и верхней крестовин, причем внешние части лопастей в сечении горизонтальной плоскостью представляют собой полуокружности диаметра d и касаются линии, образующей окружность ротора диаметра D в точках, отстоящих одна от других в горизонтальной плоскости на углы кратные 90°, а внутренние части лопастей, как продолжение внешних, представляют собой в горизонтальной плоскости прямые линии длиной d и в объеме ротора, при соотношении его параметров D/d=3, каждая лопасть касается соседней по линиям их скрепления, что образует ребра жесткости ротора каркасного типа. Кроме того, соотношение параметров лопастей D/d=3 дает возможность их скрепления в контейнеры для транспортировки ветродвигателя в разобранном состоянии.

Полезная модель относится к ветродвигателям с вертикальной осью вращения для мобильных (транспортабельных, сборно-разборных) электрогенераторных установок.

Известен ветродвигатель, содержащий ветроколесо с вертикальной осью вращения, снабженное не менее чем тремя ветровоспринимающими элементами, скрепленными с верхними и нижними радиальными траверсами, закрепленными на вертикальной оси вращения перпендикулярно ей, кроме того, ветроколесо установлено с возможностью взаимодействия с генератором электрической энергии (патент РФ 2283968, МПК F03D 3/00, 21.02.2005 г.).

Недостатками данного устройства являются:

- малые прочность и жесткость конструкции из-за точечного соединения ее элементов посредством траверс;

- сложность оперативной сборки-разборки устройства;

- ограниченные возможности по обеспечению компактности устройства и защищенности его деталей при транспортировке.

Известно устройство "роторный ветродвигатель", содержащее каркас, закрепленный на нем с помощью подшипников вал и рабочие лопасти в виде пластин с переменной толщиной и шириной, которые в вертикальной плоскости изогнуты по спирали, а в горизонтальной - изогнуты по дуге, причем рабочие лопасти соединены с валом посредством коромысел и стяжек и выполнены сборными (патент РФ 2210000, МПК F03D 3/00, 10.08.2003 г.).

Недостатками данного устройства являются:

- сложная форма лопастей;

- большие габариты и масса конструкции из-за большой длины ротора, необходимой для эффективности преобразования ветрового потока;

- ограниченные возможности по обеспечению компактности устройства и защищенности его деталей при транспортировке.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемой полезной модели является устройство "анемометр", содержащее ротор ветродвигателя с вертикальной осью вращения, который состоит из четырех идентичных монолитных лопастей, равноудаленных от оси вращения и точечно скрепленных с ней при помощи нижней и верхней крестовин, по радиусу ротора представляющих собой внутренние части лопастей, причем внешние части лопастей в сечении горизонтальной плоскостью, расположенной между нижней и верхней крестовинами равно удаленно от них, представляют собой полуокружности диаметра d, касающиеся линии, образующей окружность ротора диаметра D в точках, отстоящих одна от других в горизонтальной плоскости на углы кратные 90° (Полякова Л.С., Кашарин Д.В. Метрология и климатология. - 2004 г, стр.26).

Недостатками данного устройства являются:

- малые: а) прочность соединения лопастей с ротором и б) жесткость конструкции ротора в целом из-за точечного соединения ее элементов посредством крестовин;

- снижение момента и скорости вращения ротора из-за наличия отраженных ветровых потоков спонтанной направленности в области оси вращения;

- сложность оперативной сборки-разборки устройства;

- ограниченные возможности по обеспечению компактности устройства и защищенности его деталей при транспортировке.

Задачей настоящей полезной модели является создание ротора для мобильного ветродвигателя, отличающегося оперативностью сборки-разборки, повышенными прочностью конструкции и защищенностью ее деталей при транспортировке, а также устранением турбулентных ветровых потоков из области оси вращения за счет оптимизации формы роторных лопастей.

Указанная задача решается тем, что ротор мобильного ветродвигателя с вертикальной осью вращения состоит из четырех идентичных монолитных лопастей, равноудаленных от вертикальной оси вращения и точечно скрепленных с ней при помощи нижней и верхней крестовин, причем по радиусу ротора внешние части лопастей в сечении горизонтальной плоскостью, расположенной между нижней и верхней крестовинами равно удаленно от них, представляют собой полуокружности диаметра d, касающиеся линии, образующей окружность ротора диаметра D в точках, отстоящих одна от других в горизонтальной плоскости на углы кратные 90°, согласно предлагаемой полезной модели, в любой из горизонтальных плоскостей между нижней и верхней крестовинами формы лопастей идентичны и внутренняя часть лопасти, как продолжение внешней, представляет собой в горизонтальной плоскости прямую линию длиной, равной диаметру d и касающуюся соседней лопасти в точке симметрии ее полуокружности, что обеспечивается соотношением диаметров D/d=3, при этом в трехмерном пространстве геометрическое место точек касания образует прямую линию скрепления лопастей, параллельную оси ротора и в результате соединения лопастей по четырем линиям скрепления ротор представляет собой жесткую конструкцию каркасного типа.

Указанная задача также решается тем, что, согласно предлагаемой полезной модели, для транспортировки ветродвигателя в разобранном состоянии четыре монолитные лопасти ротора, диаметр образующей окружности которого равен D, при соотношении D/d=3 с диаметром d полуокружности лопасти и при равенстве в горизонтальной плоскости длины прямолинейного участка лопасти диаметру d, все четыре лопасти скрепляются и образуют один из двух - компактный либо удлиненный контейнеры для размещения в них транспортируемых деталей мобильного ветродвигателя и электрогенераторной установки сборно-разборных конструкций.

Данное устройство представлено фигурами:

- фиг.1 - общий вид устройства;

- фиг.2 - контейнеры, собранные из четырех лопастей ротора: а) компактный; б) удлиненный.

Предложенное устройство содержит (фиг.1) ротор каркасного типа 1, скрепленный в четырех точках 2 верхней его части и в четырех точках 3 нижней части, при помощи верхней 4 и нижней 5 крестовин, с осью вращения 6, установленной в верхнем радиальном подшипнике 7 и нижнем упорном подшипнике 8, который обеспечивает выход оси ротора 9 для внешних механических соединений. Ротор имеет четыре линии скрепления лопастей 10 и представляет собой жесткий каркас за счет разъемных соединений 11 в восьми точках. Каждая из монолитных лопастей ротора 12, 13, 14, 15 в горизонтальной плоскости состоит из полуокружности диаметра d и прямой линии длиной d, причем положение точек касания 0°; 90°; 180°; 270° полуокружностей с линией 16, образующей окружность ротора диаметра D определяется скоростью его вращения в направлении , зависящей от интенсивности ламинарного потока ветра Ф. При мобильных перемещениях ветродвигателя в разобранном состоянии (фиг.2) его транспортируемые детали 17 размещаются в контейнерах одного из двух типов: компактного 18 или удлиненного 19, собранных из четырех монолитных лопастей ротора.

Устройство работает следующим образом.

Ламинарный поток ветра Ф одновременно оказывает силовое воздействие на вогнутую (концентрирующую поток) поверхность лопасти 13 и на выпуклую (рассеивающую поток) поверхность лопасти 15, что создает момент вращения ротора 1 в направлении . При изменениях углового положения ротора 1 относительно вектора Ф форма и взаимное расположение лопастей сохраняют направление момента вращения. Форма монолитных лопастей 12, 13, 14, 15 в горизонтальной плоскости, заданная соотношением D/d=3 и наличием прямолинейного участка длиной d, позволяет организовать разъемные соединения 11 лопастей по линиям 10, которые являются ребрами жесткости ротора 1 после его сборки методом скрепления в восьми точках 11. При этом образуется, с одной стороны, жесткая конструкция ротора - каркасного типа, обеспечивающая прочность и устойчивость ветродвигателя в условиях сильных и порывистых ветров, с другой стороны, обеспечивается оперативность сборки-разборки устройства при его перебазировании. К тому же при скреплении по линиям 10 лопастей 12, 13, 14, 15 данной формы, в объеме между крестовинами 4, 5 вокруг оси вращения 6 ротора 1 образуется замкнутый экран, препятствующий проникновению во внутренний объем ротора отраженных ветровых потоков, то есть устраняющий в данном объеме турбулентные явления, ухудшающие динамические характеристики ветродвигателя.

При мобильных перемещениях устройства, каркасная конструкция ротора 1 демонтируется посредством разъемных соединений 2, 3, 11, и монолитные лопасти 12, 13, 14, 15 скрепляются (фиг.2) в виде контейнеров 18 или 19, внутри которых, с целью обеспечения компактности груза и сохранности - увеличения времени безотказной работы устройства, размещаются транспортируемые детали 17 ветродвигателя и электрогенераторной установки.

1. Ротор мобильного ветродвигателя с вертикальной осью вращения, состоящий из четырех идентичных монолитных лопастей, равноудаленных от вертикальной оси вращения и точечно скрепленных с ней при помощи нижней и верхней крестовин, причем по радиусу ротора внешние части лопастей в сечении горизонтальной плоскостью, расположенной между нижней и верхней крестовинами равно удаленно от них, представляют собой полуокружности диаметра d, касающиеся линии, образующей окружность ротора диаметра D в точках, отстоящих одна от других в горизонтальной плоскости на углы кратные 90°, отличающийся тем, что в любой из горизонтальных плоскостей между нижней и верхней крестовинами формы лопастей идентичны, и внутренняя часть лопасти, как продолжение внешней, представляет собой в горизонтальной плоскости прямую линию длиной, равной диаметру d, и касающуюся соседней лопасти в точке симметрии ее полуокружности, что обеспечивается соотношением диаметров D/d=3, при этом в трехмерном пространстве геометрическое место точек касания образует прямую линию скрепления лопастей, параллельную оси ротора, и в результате соединения лопастей по четырем линиям скрепления ротор представляет собой жесткую конструкцию каркасного типа.

2. Ротор по п.1, отличающийся тем, что для транспортировки ветродвигателя в разобранном состоянии четыре монолитные лопасти ротора, диаметр образующей окружности которого равен D, при соотношении D/d=3 с диаметром d полуокружности лопасти и при равенстве в горизонтальной плоскости длины прямолинейного участка лопасти диаметру d, скрепляются и образуют один из двух - компактный либо удлиненный контейнеры для размещения в них транспортируемых деталей мобильного ветродвигателя и электрогенераторной установки сборно-разборных конструкций.