ВЕТРОВОЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 1994 года по МПК F03D3/00 F03D3/02 F03D9/00 

Изобретение относится к ветроэнергетическому машиностроению, к двигателям использующим энергию ветра.

Известны ветровые двигатели, содержащие ветровые колеса с лопастями, установленные ярусами и вращающиеся на вертикальных осях.

Наиболее близкой к изобретению является установка для использования энергии ветра, содержащая ветровые колеса с лопастями, установленные ярусами друг над другом и рядом друг с другом с возможностью вращения на общих вертикальных осях.

Однако, такие установки для использования энергии ветра обладают рядом недостатков: автоматическое ориентирование к ветру с использованием поплавков и энергии волн возможно только при наличии водной поверхности, причем вялое перемещение поплавков не может обеспечить достаточно быструю переориентацию к изменившемуся направлению ветра, а это снижает эффективность ветрового двигателя; расположенные рядом друг за другом ветровые колеса снижают эффективность ветрового двигателя, так как, ветровое колесо, принимающее ветер, первым рассеивает его перед расположенным за ним; лопасть ветрового колеса в зоне действия ветра, преодолевая сопротивление пружины, поворачивается на шарнире, а попадая в зону защищенную от ветра ветронаправляющим устройством, возвращается в исходное положение, причем это происходит при каждом обороте ветрового колеса и сопровождается ударом, вибрацией и быстрым износом шарнира, пружины и лопасти.

Цель изобретения - устранение указанных недостатков, повышение эффективности ветрового двигателя путем более полного использования энергии ветра.

Указанная цель достигается тем, что ветровой двигатель, содержащий ветровые колеса с лопастями, установленные ярусами и вращающиеся на вертикальных осях, имеет ветровые колеса с жестко закрепленными лопастями, кинематически связанные общими вертикальными осями с электрогенератором или насосом и размещенные ярусами, причем в каждом ярусе каждое ветровое колесо закреплено осью в подшипниках рамы, соединенной шарнирами и пружинами, с возможностью качания в горизонтальной плоскости, со стойкой ветронаправляющего устройства в виде двух вертикальных плоскостей соединенных между собой под острым углом, обращенным вершиной к ветру, на свободно поворачивающейся вокруг своей оси мачте с площадкой для механического привода, опирающейся на шаровую пяту и удерживаемую в вертикальном положении за шаровой оголовок растяжками, стойками и вантами с якорями, причем каждый вышестоящий ярус соединен с нижестоящими резьбовыми муфтами на стойках, мачте, стойках ветронаправляющего устройства и на осях ветровых колес, а на площадке механического привода размещены клиноременные передачи от двух вертикальных осей ветровых колес, преобразователь встречного вращения в одно направление в виде пары цилиндрических зубчатых колес и расположенный соосно с мачтой инерционный маховик.

На фиг. 1 изображен схематично ветровой двигатель, общий вид сбоку; на фиг. 2 - вид сверху на нижний ярус ветрового двигателя, правая группа ветровых колес показана отклоненной штормовым ветром в зону, защищенную от ветра ветронаправляющим устройством.

Ветровой двигатель состоит из ярусов 1, каждый ярус имеет ветровые колеса 2 с лопастями 3, вращающиеся на вертикальных осях 4 в подшипниках 5 рам 6, соединенных пружинами растяжения 7 с распорками 8 и шарнирами 9 со стойками 10 вертикальных плоскостей 11 ветронаправляющего устройства, соединенных под острым углом и прикрепленных к свободно поворачивающейся вокруг своей оси мачте 12 с площадкой 13 для механического привода, опирающейся на шаровую пяту 14 и удерживаемую в вертикальном положении за шаровой оголовок 15 четырьмя растяжками 16, стойками 17 и вантами 18 с якорями 19, причем каждый вышестоящий ярус 1 соединен с нижестоящим резьбовыми муфтами 20 на стойках 17, мачте, 12, стойках 10 плоскостей 11 ветронаправляющего устройства и на осях 4 ветровых колес, а на площадке 13 механического привода размещены клиноременные передачи 21, преобразователь направления вращения 22, инерционный маховик 23 и электрогенератор или насос 24.

Устройство работает следующим образом. Ветровой двигатель работает при плоскостях 11 ветронаправляющего устройства обращенных к ветру, при этом они разделяют встречный ветер на два потока и направляют их на лопасти 3 ветровых колес 2, вращающихся под действием ветра на общих осях 4 кинематически связанных с электрогенератором или насосом через клиноременные передачи 21, преобразователь 22, преобразующий два встречных вращения ветровых колес в одно направление вращения и инерционный маховик. При изменении направления ветра давление его на одну плоскость 11 увеличивается, а на другую уменьшается, вследствие этого ветровой двигатель вместе с мачтой 12 поворачивается к ветру и давление ветра на обе плоскости 11 выравнивается. Так осуществляется автоматическая ориентация ветрового двигателя к направлению ветра. При усилении ветра рамы 6 с ветровыми колесами 2 преодолевают сопротивление пружин 7, поворачиваются на шарнирах 9 и отклоняются в зону, защищенную от ветра плоскостями 11 ветронаправляющего устройства. Так осуществляется регулирование числа оборотов ветровых колес и предохранение ветрового двигателя от перегрузки.

Более полное использование энергии ветра и повышение эффективности предложенного ветрового двигателя по сравнению с известными достигается следующим.

1. Ветронаправляющее устройство в виде двух плоскостей соединенных под острым углом, обращенным вершиной к ветру, разделяет его на два потока с более концентрированными струями, которые отклоняясь в сторону, на лопасти ветровых колес, приобретают скорость превышающую скорость свободного ветра и повышают эффективность использования его энергии.

2. Ветронаправляющее устройство закреплено на мачте с шаровым оголовком и шаровой пятой, обеспечивает мгновенную ориентацию ветрового двигателя к направлению ветра и достигает более полного использования его энергии.

3. Плоские, жестко закрепленные лопасти ветровых колес обеспечивают работу ветрового двигателя без шума, ударов и вибрации.

(56) Заявка ФРГ N 2905560, кл. F 03 D 3/02, опубл. 1980.

Использование: ветроэнергетика. Сущность изобретения: ветровой двигатель содержит ветроколеса 2 с лопастями 3, размещенные ярусами 1 в опорных рамах 6 и закрепленные на вертикальных осях 4, вертикальную мачту 12, расположенную симметрично относительно осей 4 ветроколес, площадку 13 с механическим приводом и устройством ориентации. Устройство ориентации выполнено в виде двух вертикальных плоскостей 11, соединенных под острым углом с вершиной, направленной к ветру, и снабжено стойками 10, шарнирно соединенными с опорными рамами 6, которые попарно соединены пружинами 7 растяжения. Механический привод содержит инерционный маховик 23, установленный соосно мачте 12, и преобразователь 22 направления вращения ветроколес 2. 1 з. п. ф-лы, 2 ил.

1. ВЕТРОВОЙ ДВИГАТЕЛЬ, содержащий размещенные ярусами в опорных рамах и закрепленные на двух вертикальных кинематически связанных между собой осях ветроколеса с лопастями, вертикальную мачту, расположенную симметрично относительно осей ветроколес, с установленными на ней площадкой с механическим приводом и устройством ориентации, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности, устройство ориентации выполнено в виде двух вертикальных плоскостей, соединенных под острым углом с вершиной, направленной к ветру, и снабжено вертикальными стойками, шарнирно соединенными с опорными рамами ветроколес с возможностью их перемещения в горизонтальной плоскости, причем опорные рамы попарно соединены пружинами растяжения, а мечта имеет нижнюю шаровую пяту и верхнюю шаровую опору. 2. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что механический привод содержит инерционный маховик, установленный сосоно с мачтой, и преобразователь встречного вращения ветроколес в однонаправленное, выполненный в виде пары цилиндрических зубчатых колес.