ВЕТРЯНОЕ КОЛЕСО С ЛОПАТКАМИ ПЕРЕМЕННОГО МОМЕНТА ИНЕРЦИИ

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в ветрогенераторных установках и инерционных накопителях энергии.

В качестве прототипа данного технического решения выбрано ветряное колесо с лопатками переменного момента инерции, содержащее лопасти, в которых размещен груз, приводимый в движение отдельным механическим, электрическим, пневматическим или гидравлическим приводом, что позволяет изменять момент инерции ветряного колеса в процессе работы (см. патент WIPO №WO 2004/011801 A1, МПК F03D 9/02, опубликовано 05.02.2004 г.)

Недостатком данного ветряного колеса с лопатками переменного момента инерции является то, что груз приводится в движение отдельным механическим, электрически, пневматическим или гидравлическим приводом, что подразумевает наличие дополнительного источника энергии и снижает энергоэффективность ветряного колеса.

Техническая задача, которую решает данное изобретение - повышение энергоэффективности ветряного колеса с лопатками переменной инерции за счет того, что перемещение груза происходит под действием внутренних силы упругости пружины растяжения и центробежной силы, а также ступенчатого контроля перемещения грузов с помощью постоянных магнитов.

Поставленная задача достигается тем, что ветряное колесо, содержащее лопасти с внутренним каналом, в которых размещен груз, закрепленный у основания с помощью пружины и постоянные магниты, таким образом, что при увеличении скорости вращения ветряного колеса от ω₀ до ω₁ груз удерживается силой упругости пружины растяжения F_упр и магнитной силой со стороны первого постоянного магнита F_эм1, обеспечивая минимальный момент инерции для более быстрого разгона. При большей скорости вращения ω₂>ω₁ груз под действием центробежной силы F_цб преодолевает силу упругости пружины и магнитную силу со стороны первого постоянного магнита F_цб>F_упр+F_эм1 перемещается по внутреннем канале от центра, увеличивая, тем самым, момент инерции ветряного колеса и запас его кинетической энергии, при дальнейшем увеличении частоты вращения до ω₃>ω₂ ветряного колеса груз перемещается на максимальное расстояние и находится под действием силы упругости пружины, центробежной силы и магнитной силы второго постоянного магнита, при этом F_упр<F_цб+F_эм2. При уменьшении частоты вращения (например, при уменьшении силы ветра) груз остается на максимальном расстоянии от центра под действием силы упругости пружины, центробежной силы и магнитной силы второго постоянного магнита пока выполняется условие F_упр<F_цб+F_эм2. В случае уменьшения частоты вращения настолько, что центробежная сила станет настолько мала и будет выполняться условие F_упр>F_цб+F_эм2, груз переместиться снова к центру в область действия первого постоянного магнита.

Согласно изобретению, во внутреннем канале лопатки ветряной турбины установлен груз, который закреплен через пружину растяжения на соединительном диске, во внутреннем пространстве лопасти закреплены постоянные магниты, соответственно, на малом и на максимальном радиусе лопатки. Груз способен совершать поступательное движение от центра к периферии под действием центробежной силы и обратное поступательное движение от периферии к центру под действием силы упругости пружины.

Технический результат применения данного устройства заключается в увеличении запасенной кинетической энергии и повышении энергоэффективности ветряного колеса за счет использования эффекта саморегулируемого момента инерции ветряной турбины.

На фиг. 1 изображена ветряная турбина с лопатками переменной инерции, на фиг. 2 изображена лопатка переменной инерции в начальном положении, на фиг. 3 изображена лопатка переменной инерции в промежуточном положении, на фиг. 4 изображена лопатка переменной инерции в положении с максимальным моментом инерции.

Ветряная турбина с лопатками переменной инерции состоит из соединителя лопастей 1, в котором закреплены лопатки 2. В лопатках 2 имеется канал 3, в котором на пружине 4 закреплен груз 5, а также в канале установлены постоянные магниты 6 и 7.

Устройство работает следующим образом.

При наличии слабого ветра, когда ветряная турбина вращается с малой скоростью, груз 5 размещается на малом радиусе и находится в неподвижном состоянии под действием сил упругости, инерции и магнитной силы постоянного магнита 6 - ветряное колесо обладает минимальным моментом инерции. С увеличением силы ветра частота вращения ветряной турбины возрастает, причем разгон происходит быстрее за счет минимального момента инерции, груз 5 перемещается по каналу 3 в область большего радиуса, пока не достигнет максимального значения перемещения и попадет в область действия постоянно магнита 7, в этот момент колесо обладает максимальным моментом инерции и, соответственно, большим количеством запасенной кинетической энергии.