ВЕТРЯНОЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 1997 года по МПК F03D3/00 

Предлагаемое изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано для выработки электроэнергии, а также в качестве привода к необходимому оборудованию.

Известен ветряной двигатель (заявка N 4867617/06), в котором барабанное ветроколесо с изогнутыми лопастями, укрепленными на горизонтальном валу, помещено в цилиндрический кожух, содержащий верхнюю и нижнюю части с прорезями, при этом к каждой части укреплен шарнирно раскрывающийся при необходимости щит. Ветродвигатель располагает устройствами для автоматического регулирования воздушного потока.

Кроме того, предложен ветродвигатель (авторское свидетельство СССР N 946776, кл. F 03 D, 3/00, 1981) содержащий ветряное колесо с изогнутыми лопастями, укрепленными на горизонтальном валу, при этом ветроколесо расположено в кожухе с управляемыми щитами, которые укреплены при помощи шарниров. Управление ветряным потоком производится при помощи флюгера. Несмотря на многие сходные технические признаки, предложенные в заявке, а также в авторском свидетельстве, такие ветродвигатели целесообразно использовать в стационарных условиях для объединения ветродвигателей в комплексе ветростанции.

В настоящее время есть необходимость в более мобильных, более плотно расположенных друг к другу на небольших участках ветродвигателях с полным или полуавтоматическим регулированием воздушного потока, направленного на лопасти ветроколеса, при этом увеличивается возможность использования ветровой энергии в различных областях его применения.

Осуществление такого технического результата может быть достигнуто при условии изготовления ветродвигателя с устройствами, выполняющими прием (использование) ветряного потока верхней частью ветродвигателя с возможностью вращения его корпуса таким образом, чтобы прорезь его верхней части была направлена в сторону, откуда направлен поток ветра. Такие ветродвигатели могут устанавливаться на небольших площадках с частым изменением направления и силы ветра, при этом используется автоматическое и полуавтоматическое регулирование такими потоками ветра.

Примером такого использования может служить специальная площадка на кораблях дальнего плавания сухогрузах, танкерах, на широкопалубных судах, где установлены ветродвигатели для выработки электроэнергии или других целей. Кроме того, такие ветродвигатели могут быть установлены на нефтедобывающих площадках, на маяках.

Сущность данного предложения в том, что один или несколько цилиндрических кожухов, состоящих из двух частей верхней и нижней с прорезями и торцовыми стенками укреплены к несущей раме друг за другом, с зазором между собой, при этом в каждом кожухе расположено ветроколесо с изогнутыми, лопастями укрепленными на горизонтальном валу.

Горизонтальный вал ветроколеса, расположенный на опорных подшипниках, соединен с помощью полумуфт с другим горизонтальном валом, при этом один из концов объединенного вала соединен с помощью полумуфт с электрогенератором, а на другом конце расположены тормозное устройство и шкив.

В середине несущей рамы расположена платформа, к которой укреплена вертикальная ось с зубчатым колесом, свободным своим концом помещенная в отверстие втулки с подшипниками.

Муфта с подшипниками укреплена к опоре.

На опоре расположен электродвигатель с редуктором, на валу которого укреплено зубчатое колесо, соединенное при помощи цепи с зубчатым колесом вертикальной оси.

Вокруг опоры расположен желоб с укрепленными конечными выключателями, в котором находятся силовой кабель и кабель управления, соединенные друг с другом.

К несущей раме прикреплен кронштейн, к которому прикреплены силовой и кабель управления, при этом к кронштейну прикреплена лапка, отключающая при максимальном градусе (360^o) поворота вертикальной оси один или другой конечный выключатель.

Верхняя и нижняя части кожуха, имеющие прорези и торцовые стенки соединены с одной стороны шарнирно, а с другой стороны- при помощи крепежных соединений.

Между стенками кожуха и лопастями ветроколеса расположены на полках 2 группы заслонок.

Заслонки состоят из отдельных пластин, прикрепленных к несущим рейкам, при этом по бокам реек прикреплены вращающиеся на оси колеса.

Ось вращающегося колеса, прикрепленного к несущей рейке, является соединением между двумя сегментами цепи, которая с одной и другой сторон объединяет 2 группы пластин с расстоянием между собой, равным около четверти длины периметра цилиндрического кожуха.

Полки, на которых расположены заслонки, прикреплены внутри цилиндрического кожуха к торцовым стенкам.

Внутри цилиндрического кожуха расположен горизонтальный вал с зубчатыми колесами, прикрепленный на подшипниках к несущей раме и соединенный при помощи полумуфт с валом электродвигателя и редуктором.

Один из выступающих концов вала соединен с горизонтальным валом другого кожуха при помощи полумуфт.

Электродвигатель с редуктором имеет удлиненный вал и приспособление для вращения с помощью маховика.

Заслонки, расположенные на полках, и горизонтальный вал с зубчатыми колесами объединены цепью с двух сторон.

На несущей раме с двух сторон укреплены кронштейны с отверстиями.

Ветродвигатель снабжен стойками, к которым прикреплены кронштейны с отверстиями.

Система управления ветродвигателем снабжена конечными выключателями, датчиком давления, многосекционным переключателем, а также реверсивными магнитными пускателями и кнопочными станциями.

Сущность предполагаемого изобретения поясняется на чертежах, где на фиг. 1 изображен ветряной двигатель, (вид сбоку). На фиг.2, 3 изображен ветродвигатель, вид сверху. На фиг.4 изображена часть заслонки, объединенная с горизонтальным валом с одном и с другой сторон цепью, вид сверху. На фиг.5 изображены конечные выключатели и кронштейн с лапкой, вид спереди. На фиг.6 изображены узел крепления полок к кожуху, крепление конечного выключателя, установка несущей рейки с колесами на полке, крепление флажка отличающего конечный выключатель, вид спереди. На фиг.7 изображен датчик давления, вид сбоку. На фиг.8 изображен датчик давления, показанный с разрезом, вид спереди. На фиг. 9, 10 изображена схема автоматического и ручного управления ветродвигателя. На фиг. 11 изображен удлиненный вал электродвигателя с укрепленным на нем маховиком, вид сбоку. На фиг.12 изображена стойка со скобой, вид спереди.

Устройство ветряного двигателя содержит в себе один или несколько цилиндрических кожухов (1) фиг.1, 2, состоящих из двух частей верхней и нижней, с прорезями и торцовыми стенками, прикрепленных к несущей раме (2) с зазором между собой, при этом в каждом кожухе расположено ветроколесо с изогнутыми лопастями (3), укрепленными на горизонтальном валу (4). Верхняя и нижняя части кожуха соединени с помощью шарниров, а с другой стороны, с помощью крепежных устройств. В середине несущей рамы (2)- расположена платформа (5), к которой укреплена вертикальная ось (6) с зубчатым колесом (7). Свободным своим концом вертикальная ось (6) входит в отверстие втулки (8) с подшипниками. Втулка (8) прикреплена с помощью фланцев и крепежных устройств к опоре (9). На опоре (9) расположен электродвигатель с редуктором (10), на валу которого укреплено зубчатое колесо (11). Зубчатое колесо вертикальной оси (6) и зубчатое колесо (11) соединены при помощи цепи (12). Вокруг опоры (9) расположен желоб (13), в котором находятся силовой кабель и кабель управления (14). К желобу (13) прикреплены конечные выключатели (15). К несущей раме (2) прикреплен кронштейн (16) с лапкой (17), к которому крепятся силовой кабель и кабель управления (14). Горизонтальный вал (4), укрепленный на несущей раме (2) с помощью опорных подшипников (18), соединен с другим валом при помощи полумуфт (19), при этом один из концов объединенного вала соединен через полумуфт (20) с электрогенератором (21), а на другом конце расположены тормозное устройство (22) и шкив (23). Внутри кожуха (1) его стенками и лопастями ветроколеса расположено горизонтальный вал (24) с зубчатыми колесами (25), укрепленный на несущей раме (2) при помощи опорных подшипников (26). Горизонтальный вал (24) соединен с другим валом при помощи полумуфт (27), при этом один из концов объединенного вала соединен с помощью полумуфт с электродвигателем и редуктором (28). Электродвигатель (10), а также электродвигатель (28) в задней их части имеют удлиненный вал (29) с многогранным профилем и приспособлены для вращения их с помощью маховика (30). К торцовым стенкам кожуха укреплены полки (31) фиг.4, фиг.6, на которых расположены заслонки, состоящие из отдельных пластин (32), прикрепленных к несущим рейкам (33), при этом по бокам несущих реек прикреплены вращающиеся на оси колеса (34). Ось вращающегося колеса (34) является соединением между двумя сегментами цепи (35), которая с одной и другой сторон объединяет 2 группы пластин с расстоянием между собой, равным около четверти длины периметра цилиндрического кожуха. Заслонки, расположенные на полках (31), и горизонтальный вал (24) с зубчатыми колесами объединены цепью с двух сторон. К торцовым сторонам несущей рамы (2) прикреплены кронштейны (36) с отверстиями. Ветродвигатель снабжен стойками (37) с укрепленными кронштейнами, с отверстиями, а также скобами. Система управления ветродвигателем снабжена датчиком давления (38) (фиг.7, фиг.8) с уловителем воздушного потока (39). Датчик давления состоит из корпуса (40), чувствительного элемента (41) сильфонного типа, настроечной пружины (42), фиксирующей шайбы (43), маховичка (44), втулки (45), прикрепленной к микропереключателю (46), пружины (47), страховочной гайки (48). Для подключения в электрическую цепь датчика давления предусмотрены три провода (49), выведенные через сальниковое уплотнение (50). К воронке уловителю (39) прикреплен полый изогнутый стержень (51), а тот, в свою очередь, прикреплен к датчику давления (38). Кроме того, система управления ветродвигателем снабжена многосекционным переключателем (52), конечными выключателями (53), расположенными на торцовой стенке кожуха, флажками (54), прикрепленными в начале и в конце заслонки к несущим рейкам (33), фиг. 6, а также реверсивными магнитными пускателями и кнопочными станциями согласно электрической схеме фиг. 8. Направление ветра определяется флюгером, который устанавливается на видном для оператора месте.

Ветряной двигатель используется следующим образом.

Определив место для установки ветродвигателя, укрепляется опора (9) (фиг. 1) к основанию, а затем и желоб (13) вместе с конечными выключателями (15). После этого устанавливается и укрепляется втулка (8) с подшипниками вместе с вертикальной осью и несущей рамой (2) с ветродвигателями к опоре (9). После наладочных работ и подготовительных, при подключении электроэнергии (аварийного освещения) к системе управления, включается электродвигатель (10) (фиг. 1), который создает свои усилия через редуктор с помощью цепи (12) и зубчатых колес (7) и (11) на вертикальную ось (6), которая поворачивается вместе с несущей рамой (2) и ветродвигателями таким образом, чтобы верхняя часть кожуха (1) была направлена в сторону, откуда направлен поток ветра. Затем с помощью многосекционного переключателя (52) производится включение работы заслонок на автоматический режим управления согласно со схемой фиг. 9, 10. В результате включается электродвигатель (28), фиг. 1, фиг. 2, 3, открывая заслонки как в верхней, так и в нижней частях кожуха с помощью горизонтального вала (24) с зубчатыми колесами (25) и цепи (35). После полного открытия заслонок конечный выключатель (53), расположенный в нижней части кожуха, с помощью флажка (54) разомкнет цепь управления. Разомкнется цепь катушки 1КВ фиг. 9, 10. В результате размыкается сердечник магнитного пускателя с силовыми контактами 1КВ и электродвигатель останавливается. В это время воздушный поток ветра проникает через прорезь верхней части кожуха, поступает к лопастям (3) ветроколеса, создавая при этом свои усилия. Увлекаемые воздушным потоком лопасти ветроколеса, вращаясь по горизонтальному валу (4), передают свое вращательное движение через полумуфты (20) электрогенератору. В случае усиления ветра до значений, превышающих норму, происходит закрытие прорезей заслонками, при этом воздушный поток, попадая в воронку- уловитель (39) через полый изогнутый стержень (51), создает свои усилия на чувствительный элемент (41) датчика давления (38), настроечную пружины (12) и кнопку микровыключателя (46), который размыкает цепь катушки 1КВ (фиг. 9, 10).

Далее клемма микровыключателя (46), двигаясь выше, замыкает верхние контакты. В этом случае электрический ток проходит через данную клемму, через многосекционный переключатель (52), через конечный выключатель (53), расположенный в верхней части кожуха, через тепловое реле пускателя и его катушку 1КН, где, встречаясь с нулевым рабочим проводом, создается магнитное поле, которое притягивает сердечник магнитного пускателя с подвижными контактами, в результате чего электродвигатель (28) включается в обратную сторону, закрывая прорези кожухов заслонки. В этот момент конечный выключатель (53), расположенный в нижней части кожуха, замыкает цепь для катушки 1КВ, создавая готовность для ее включения. Кроме того, в случае ослабления ветрового потока, во время закрытия заслонок, верхние контакты микропереключателя (46) размыкаются и электродвигатель (28) останавливается, при этом прорезь кожуха находится в полузакрытом состоянии, а клемма микропереключателя (46) располагается в это время между верхними и нижними контактами. При стойком усилении ветра верхние клеммы опять замыкаются, соединяя электрическую цепь катушек 1 КН, при этом электродвигатель (28) выключается, закрывая прорези заслонки. При полном закрывании прорезей конечный выключатель (53), расположенный в верхней части кожуха, размыкает цепь катушки 1КН, вследствие чего подвижные силовые контакты пускателя размыкаются и электродвигатель останавливается. При ослаблении ветра до нормальных значений клемма микропереключателя (46) опускается вниз и замыкает цепь катушки 1КВ, при этом электродвигатель включается, освобождая прорези от заслонок для работы ветродвигателя.

Для наиболее благоприятной скорости ветроколеса производится настройка датчиков давления. Для этого с помощью маховичка (44) фиксирующей шайбы (43) страховочной гайки (48) Прижимают или отпускают настроечную пружину (42) чувствительного элемента (41) с тем, чтобы замедлить или ускорить процесс переключения датчика давления (38). Если, например, прижать настроечную пружину (42), что момент включения на закрытие прорезей кожухов замедлится, при этом ветроколеса будут использовать более высокую скорость ветра.

В случае изменения направления ветра (в связи с изменением, например, курса корабля) производится корректировка выбранного положения ветродвигателя. С этой целью используется неавтоматическое (ручное) регулирование ветродвигателем поворотом его на вертикальной оси (9) то в одну, то в другую сторону. В связи с этим для того чтобы, развернуть ветродвигатель вокруг оси в необходимом направлении, нажимается кнопка управления "Вперед", фиг. 9, 10. Эта кнопка связана с системой управления электродвигателем (10) (фазным проводом), проходящей через кнопку "Стоп", а также замкнутым блокирующим контактом кнопки "Назад". В момент нажатия кнопки "Вперед" электрический ток проходит через клеммы данной кнопки, конечный выключатель (15), расположенный на желобе (13), через тепловое реле пускателя катушку 2 КВ, где, встречаясь с нулевым рабочим проводом, создается магнитное поле, которое притягивает сердечник магнитного пускателя вместе с подвижными контактами 2КВ реверсивного магнитного пускателя, при этом электродвигатель (10) включается, поворачивая ветродвигатель на опоре (9) в необходимое положение. Если отжать (отпустить) кнопку "Вперед", то контакты данной кнопки разомкнутся. Разомкнется и цепь электрической катушки 2 КВ, в результате чего разомкнется сердечник с силовыми контактами 2КВ и электродвигатель (10) остановится. Если при повороте в этом направлении лапка (17) (фиг. 4) кронштейна (16) нажмет на рычажок и отключит конечный выключатель (15), то электродвигатель остановится в связи с тем, что разомкнется цепь катушки 2КВ (фиг. 9, 10). Поэтому необходимо нажать на кнопку "Назад", чтобы задействовать систему управления катушки 2 КН, включив электродвигатель (10) в обратном направлении, определяя в соответствии с расположением флюгера необходимое для ветродвигателя положение. Поворот в одном направлении приближается к 360^o, после чего конечный выключатель (15) с помощью лапки (17) размыкает цепь управления катушки 2КВ или катушки 2КН пускателя и отключает электродвигатель (10).

Кроме того, предусмотрено неавтоматическое (ручное) управление электродвигателем (28), которое производится в случае ремонта датчика давления или же в случае проверки работы какой-либо детали заслонки после ремонта. В связи с этим для того, чтобы освободить путь вероятному потоку от заслонок, нажимается кнопка "Вперед" кнопочной станции (фиг. 9, 10).

На фиг. 9, 10 многосекционный переключатель (59) переключен на неавтоматический режим управления. Эта кнопка соединена с системой управления (фазным проводом), проходящей через кнопку "Стоп", а также через замкнутые блокирующие контакты кнопки "Назад". В момент нажатия кнопки "Вперед" электрический ток проходит через клеммы данной кнопки, замкнутые контакты многосекционного переключателя (52), конечного выключателя (53), через тепловое реле пускателя и его катушку 1КВ, где, встречаясь с нулевым проводом, создается магнитное поле, которое притягивает сердечник магнитного пускателя вместе с подвижными силовыми контактами 1КВ, при этом электродвигатель (28) включается, вращая вал (24) с зубчатыми колесами (25). Вал с зубчатыми колесами соединенный с заслонками цепью (35), увлекает их, и они, двигаясь по периметру на колесах (34) по полкам (31), освобождают путь ветряному потоку. При полном раскрытии прорезей конечный выключатель (53) с помощью фланка (54) отключает систему управления электродвигателем (28) и он останавливается. Закрытие прорезей производится нажатием кнопки "Назад", при этом электродвигатель (28) вращается в обратную сторону. При отжатии этой кнопки электродвигатель останавливается, прекращая движение заслонок, тем самым выбирается необходимая скорость вращения лопастей (3) ветродвигателя. При полном отключении аварийного освещения, необходимого для системы управления электродвигателями (10), (28), фиг. 1, вращение в ту или иную сторону ветродвигателем вокруг оси (6), а также закрытие или открытие прорезей производятся с помощью маховичка (30), надетого на удлиненный вал (29) задней части электродвигателей фиг. 11. При надвигающейся штормовой погоде ветродвигатели, если их несколько, располагают в одну линию и с помощью кронштейнов (36) и стоек (37) укрепляют их с помощью скоб или других приспособлений. Если используется только один ветродвигатель, то крепление производится с одной и другой его сторонами к стойкам (37) фиг. 12.

Использование: ветродвигатель относится к ветроэнергетике. Сущность изобретения: на несущую раму укрепляются цилиндрические кожухи, состоящие из двух частей - верхней и нижней с прорезями, в которые помещены ветроколеса с лопастями на горизонтальном валу. Горизонтальные валы ветроколес объединены с помощью полумуфт, при этом один конец объединенного вала соединен с генератором, а на другом конце расположены тормозное устройство и шкив. К несущей раме прикреплена вертикальная ось с зубчатым колесом свободным концом, которая входит во втулку с подшипниками, а та в свою очередь соединена с опорой. На опоре укреплен электродвигатель с редуктором, на валу которого расположено зубчатое колесо, соединенное с зубчатым колесом вертикальной оси с помощью цепи. Вокруг опоры расположен желоб с уложенным силовым кабелем и кабелем управления. В каждом кожухе расположен горизонтальный вал с зубчатыми колесами, прикрепленный к несущей раме, при этом один свободный конец соединен с валом другого кожуха с помощью полумуфт, а один из концов объединенного вала соединен с электродвигателем и редуктором. Внутри кожуха на полах расположены 2 группы заслонок, состоящие из отдельных пластин, укрепленных на несущих рейках, снабженных вращающимися на оси колесами. Заслонки объединены с горизонтальным валом с зубчатыми колесами при помощи цепи и, продвигаясь по полкам, закрывают или открывают или открывают при необходимости прорези кожухов. Регулирование воздушным потоком, а также управление движением ветродвигателем вокруг оси производятся датчиком давления, многосекционным переключателем, конечными включателями, а также реверсивными магнитными пускателями и кнопочными станциями. 6 з.п. ф - лы, 12 ил.

1. Ветряной двигатель, содержащий ветряное колесо с изогнутыми лопастями, укрепленными на горизонтальном валу, расположенное в цилиндрическом кожухе с шарнирно установленными управляемыми щитами, отличающийся тем, что цилиндрические кожухи с помещенными в них ветроколесами и объединенные между собой с помощью полумуфт установлены на несущую раму с зазором между собой, при этом к несущей раме прикреплена вертикальная ось с зубчатым колесом, свободным концом входящая во втулку с подшипниками и соединенная с опорой. 2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что на опоре расположен электродвигатель с редуктором, на валу которого укреплено зубчатое колесо, соединенное при помощи цепи с зубчатым колесом вертикальной оси. 3. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что вокруг опоры расположен желоб, в котором помещены силовой кабель и кабель управления. 4. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что к несущей раме прикреплен кронштейн с лапкой, который при ее повороте вокруг оси в одну сторону на 360^o отключит электродвигатель с помощью одного из двух конечных выключателей, укрепленных на желобе. 5. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что между лопастями ветроколеса и стенками кожуха расположен горизонтальный вал с зубчатыми колесами, укрепленный на несущей раме на подшипниках, при этом один из выступающих его концов соединен с горизонтальным валом другого кожуха при помощи полумуфт, а один из концов объединенного вала соединен с электродвигателем и редуктором, причем вал электродвигателя в задней его части удлинен и имеет приспособление для вращения его с помощью маховика. 6. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что к торцевым стенкам внутри кожуха прикреплены полки, на которых расположены заслонки, состоящие из отдельных пластин, прикрепленных к несущим рейкам, снабженным вращающимися колесами на оси, при этом заслонки и вал с зубчатыми колесами объединены с двух сторон цепью. 7. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что система управления снабжена датчиком давления с уловителем воздушного потока, конечными выключателями, многосекционным переключателем, реверсивными магнитными пускателями и кнопочными станциями.