ВЕТРОДВИГАТЕЛЬ Российский патент 1996 года по МПК F03D7/06 F03D5/02 

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано при создании новых типов ветроустановок.

Известен ветродвигатель [1] с наклонно расположенными в рабочем положении лопастями, установленными вокруг приводной шестерни механически подключаемыми устройствами отбора мощности.

Известен также ветродвигатель [2] с вертикально расположенными на концах кронштейнов сдвоенными поворотными лопастями, кинематически связанными с центральной невращающейся шестерней передаточным отношением 2:1 (W₁ 2W₂).

Однако кинематические схемы этих устройств не позволяют сохранять неизменной скорость вращения ротора при неравномерном потоке ветра, а также не обеспечивают автоматическое включение устройств отбора мощности.

Целью изобретения является стабилизация числа оборотов ротора при изменении скорости ветра в широких пределах, а также повышение КПД за счет автоматического (пропорционального ветровой нагрузке) изменения количества одновременно подключаемых электрогенераторов или других устройств отбора мощности.

Поставленная цель достигается тем, что внутри каждого из полых кронштейнов установлена на направляющих каретка с размещенной на ней зубчатой передачей, колесо которой посажено на вертикальной оси сдвоенной лопасти, а ступица шестерни подвижно сопряжена с проходящей через ее центральную ось протяженной квадратной штангой, закрепленной одной стороной на конце кронштейна, а другой жестко связанной с разъемной муфтой. Каретка удерживается и перемещается с помощью натянутого в виде замкнутой петли троса между двумя шкивами, один из которых размещен на конце кронштейна, а другой внутри ротора на валу со звездочкой, связанной по внешнему контуру (вместе с остальными звездочками) звеньями цепной передачи, причем один из валов соединен с червячным редуктором, реверсивный привод которого электрически управляется подпружиненным инерционным датчиком стабилизации скорости вращения ротора. Для более полного использования вырабатываемой ветродвигателем энергии, особенно избыточной на повышенных скоростях ветра, центральная невращающаяся ось снабжена расположенной под флажком группой электрических контактов, последовательно замыкаемых при наклоне флажка (под давлением усиливающегоcя ветра) цепи электромагнитных устройств дополнительного подключения 2-го, 3-го и т.д. генераторов, и наоборот поочередного их отключения при ослаблении ветра.

Автору не известны источники патентной и научно-технической информации, содержащие сведения об аналогичных технических решениях, имеющих признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, а также свойства, совпадающие со свойствами заявляемого решения, поэтому можно считать, что оно обладает существенными отличиями, позволяющими при практическом осуществлении создать новый тип преобразователя энергии ветра с постоянной скоростью вращения ротора и повышенным КПД.

На фиг. 1а показан кронштейн с подвижной кареткой, вид сбоку; на фиг.1в вид сверху; на фиг.2а изображена каретка, разрез; на фиг.2в вид сверху; на фиг. 3 приведена схема коммутации инерционного датчика стабилизации скорости вращения ротора; на фиг.4 приведена схема коммутации устройств последовательного автоматического подключения (или отключения) дополнительных генераторов; на фиг.5 изображена диаграмма дискретного изменения мощности ветродвигателя в зависимости от скорости ветра.

Ветродвигатель содержит корпус 1, ротор 2, кронштейны 3, валы 4 с посаженными на них сдвоенными лопастями 5 и ведомыми шестернями 6, кинематически связанными с центральной невращающейся шестерней передаточным отношением 2:1 (W₁ 2,0 W₂), разъемную муфту 7, ось 8 с конусной втулкой 9, эксцентриком 10 и флажком 11, приводную цилиндрическую шестерню 12, сателлитовые шестерни 13, шестерни 14 и генераторы 15.

Ветродвигатель дополнительно содержит в каждом из полых кронштейнов 3 установленную на направляющих 16 каретку 17 с размещенными на ней валом 4, ведомой шестерней 6, выполненной в виде колеса гиперболоидной передачи, и связанной с ней шестерней 18, ступица 19 которой подвижно сопряжена с квадратной штангой 20, жестко связанной с разъемной муфтой 7. Каретка 17 удерживается тросом 21 между шкивами 22 и 23, а шкив 23 посажен на одном валу 24 со звездочкой 25, связанной (вместе с остальными звездочками) звеньями цепной передачи 26. Один из валов 24 соединен с червячным редуктором 27, реверсивный привод 28 которого электрически связан с инерционным датчиком 29 стабилизации оборотов ротора 2. Сателлитные шестерни 13 снабжены электромагнитными устройствами (например, соленоидными катушками) 30, электрически соединенными с контактными группами 31, а флажок 11 снабжен замыкающей их электропроводящей пластиной 32. Инерционный датчик 29 содержит шток 33, пружину 34, подвижный фиксатор 35, контактные пары 36 и 37, соединенные с вынесенными на один из кронштейнов 3 ограничительными концевыми выключателями 38 и 39.

Ветродвигатель работает следующим образом.

Перед закреплением на одном из кронштейнов 3 (на фиксированном расстоянии R от центральной оси) инерционного датчика 29 фиксатор 35 устанавливается напротив заранее откалиброванной метки, соответствующей требуемой скорости вращения ротора 2 (например, W₁стаб 20 об/мин). Необходимая взаимная ориентация лопастей 5, без которой ветродвигатель не будет работать, также выставляется заранее, обычно она осуществляется при сборке в заводских условиях.

Далее при вращении ротора 2 под действием ветра лопасти 5 сместятся на кронштейне 3 в сторону центральной оси (при W₁< W₁ стаб.) или от центральной оси (при W₁ > W₁ стаб.) и остановятся, когда контакты штока 33, уравновешенного пружиной 34, разомкнутся с контактными парами 36 и 37. Фартуки 40 защищают внутренние полости кронштейнов 3 и каретки 17 от попадания на них дождевой воды и снега. Для сохранения постоянной угловой скорости вращения ротора во всем рабочем диапазоне (например, от 5 до 25 м/с) лопасти смещаются в пределах, изменяя их линейную скорость и расстояние от центральной оси. Напряжение прямой или обратной полярности подается на реверсивный привод 28 от единого для всех управляющих цепей автономного источника постоянного тока 41.

Если скорость ветра упадет ниже пороговой величины (например, 3 м/с) каретка 17 разомкнет концевой выключатель 39 и отключит реверсивный привод 28, и наоборот, при скорости ветра, превышающей допустимую (например, 25 м/с) каретка 17 разомкнет концевой выключатель 38. При этом лопасти 5, развернувшись плоскостями по потоку ветра, будут находиться на концах кронштейнов 3 остановленного ротора 2 до снижения скорости ветра в область рабочих значений (ниже 25 м/с), так как рычаг флажка разомкнет дублирующий концевой выключатель 42, исключающий возвратное движение кареток 17.

Далее шлицы разъемной муфты 7 при ослаблении эксцентрика 10 обратно войдут в зацепление и ветродвигатель самопроизвольно возвратится в рабочее состояние.

Использование: в энергетике для создания новых типов ветроустановок. Сущность изобретения: внутри каждого из полых кронштейнов установлена на направляющих каретка с размещенной на ней гиперболоидной передачей, колесо которой посажено на вертикальной оси сдвоенной лопасти, а шестерня ступицей подвижно сопряжена с протяжной квадратной штангой, соединенной с разъемной муфтой, при этом каретка удерживается тросом между шкивами, один из которых размещен внутри ротора вместе со звездочкой на одном валу, связанном с червячным редуктором, реверсивный привод которого электрически соединен с инерционным датчиком, а центральная ось снабжена группой электрических контактов, замыкаемых при усилении ветра, и поочередно посредством исполнительных устройств, включающих дополнительные генераторы. 3 з. п. ф-лы, 5 ил.

1. ВЕТРОДВИГАТЕЛЬ, содержащий центральную ось с кронштейнами, имеющими направляющие, на которых размещены с возможностью перемещения каретки с установленными на последних центральными вертикальными валиками с поворотными лопастями, шкивы с осями и бесконечными тросами, подпружиненный флажок устройства включения электрогенераторов и реверсивный привод, отличающийся тем, что он снабжен зубчатыми передачами, имеющими ведомые и ведущие шестерни, последние выполнены со сквозными отверстиями квадратного сечения в ступицах, штангами с квадратным поперечным сечением, разъемной муфтой, цепной передачей и червячным редуктором, причем кронштейны выполнены полыми и в полости каждого кронштейна на направляющих установлена каретка, лопасти парами установлены по обе стороны каждого кронштейна, на каждый вертикальный валик двух лопастей насажена ведомая шестерня, ступица ведущей шестерни надета на штангу, закрепленную одним концом на периферии кронштейна, а другим жестко связанную с разъемной муфтой, установленной у основания кронштейна, при этом часть шкивов насажена на вертикальные валики звездочек цепной передачи, один из которых жестко соединен с червячным редуктором, связанным с реверсивным приводом, остальные шкивы укреплены на периферии кронштейнов. 2. Ветродвигатель по п.1, отличающийся тем, что он снабжен автономным источником питания, концевыми выключателями, укрепленными по концам направляющих, и инерционным датчиком стабилизации оборотов, размещенным на одном из кронштейнов ротора и выполненным в виде корпуса с размещенным в нем подпружиненным штоком, имеющим две группы поочередно замыкаемых контактов, электрически связанных с реверсивным приводом, автономным источником питания и концевыми выключателями. 3. Ветродвигатель по п.1, отличающийся тем, что шестерни кареток выполнены в виде гиперболоидной передачи. 4. Ветродвигатель по п.1, отличающийся тем, что он снабжен электропроводной пластиной и группой контактов, последние укреплены в верхней части центральной оси, а электропроводящая пластина - на флажок с возможностью замыкания группы контактов.