ВЕТРЯНОЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 1997 года по МПК F03D3/04 

Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано для выработки электроэнергии в качестве привода для насоса.

Известно, что был предложен ветродвигатель (патент N 2013644, G 03 D 1/04), в котором барабанное ветроколесо с изогнутыми лопастями, укрепленными на горизонтальном валу, помещено в цилиндрический кожух, содержащий верхнюю и нижнюю части с прорезями, при этом в каждой части укреплен шарнирно раскрывающийся при необходимости щит. С одной стороны, кожуха расположено тормозное устройство и шкив, а с другой, электрогенератор, вырабатывающий электрическую энергию. Данный ветродвигатель располагает устройствами для автоматического регулирования воздушного потока, направленного к лопастям ветроколеса. Кроме того, предложен ветродвигатель (авт. св. СССР N 44852, кл. F 03 D, 1/0 1995), 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 ветродвигателя, предложенные в описании патента, а также по авторскому свидетельству 1935 г. такие ветродвигатели не могут создать необходимую скорость вращения при малой силе ветряного потока.

В настоящее время есть необходимость в изменении конструкции ветродвигателя, способствующей наиболее полному использованию ветровой энергии, в частности при малой силе ветряных потоков.

Осуществление такого технического результата может достигнуто при условии изготовления ветродвигателя с устройствами, способствующими такой режим работы ветродвигателя, при котором стало бы возможным одинаковая скорость вращения лопастей ветроколеса, при различной скорости ветра, в том числе и при малой скорости ветра. Такой режим работы ветродвигателя может быть выполним не только в условиях работы мощных ветростанций, с аварийной подачей электроэнергии, но и на передвижных ветростанциях, например, при геологоразведочных работах или для переработки молока на горных пастбищах.

Сущность данного предложения в том, что ветроколесо с изогнутыми лопастями, укрепленными на горизонтальном валу, расположено в кожухе, состоящим из двух частей верхней и нижней, с прорезями и торцевыми стенками, при этом к каждой части цилиндрического кожуха укреплен шарнирно раскрывающийся при необходимости щит. Кроме того, с одной стороны, к горизонтальному валу укреплен электрогенератор, а с другой соединительная муфта (гидромуфта). Соединительная муфта состоит из шкива с канавками для ременной передачи и гнездом для подшипников, а также из цилиндрического барабана с окнами, в которых свободно расположены соединительные колодки, при этом к торцевой стенке барабана укреплена втулка, входящая в отверстия подшипников. Внутренняя стенка втулки укреплена на валу ветроколеса, а сам цилиндрический барабан входит в прорезь шкива. Кроме того, к корпусу шкива прикреплена крышка, закрывающая подшипники. Ветродвигатель снабжен электродвигателем со шкивом на валу, который соединен при помощи ременной передачи с соединительной муфтой. Вместо электродвигателя может использоваться для этой цели и двигатель внутреннего сгорания. Ветродвигатель располагает автоматическим и ручным управлением, с помощью которого можно создавать необходимую для ветродвигателя скорость вращения.

На фиг. 1 изображен ветродвигатель, вид сбоку, на фиг. 2 то же, вид спереди, на фиг. 3 шкив с укрепленными в гнезде подшипниками и уплотнительной крышкой, разрез; на фиг. 4 цилиндрический барабан с окнами, укрепленный на валу ветроколеса, вид сбоку; на фиг. 5 соединительная колодка, вид спереди, на фиг. 6 электрическая схема автоматического и ручного управления электродвигателем.

Устройство ветряного двигателя содержит в себе барабанное ветроколесо 1 с изогнутыми лопастями 2, закрепленными на горизонтальном валу 3, установленное на подшипниках 4 к несущим опорам 5. Барабанное ветроколесо помещено в цилиндрический кожух 6, состоящий из верхней и нижней частей, соединенных между собой при помощи шарниров 7, а с другой при помощи крепежных деталей 8. Верхняя и нижняя часть кожуха имеет прорези и торцевые стенки. В верхней части расположен, раскрывающийся при необходимости щит 9, а в нижней его части щит 10. Щиты 9, 10 прикреплены к цилиндрическому кожуху 6 при помощи шарнирного устройства 11, которое соединено с электродвигателем и редуктором 12. Электродвигатель с редуктором 12 прикреплен к несущим опорам 5 и к торцевой стенке кожуха 6. Кроме того, вал 3 одним своим концом соединен с помощью муфты 13 с электрогенератором 14. На другом конце горизонтального вала 3 установлена соединительная муфта (гидромуфта) 15. Для проведения ремонтных работ и регламентных работ с ветроколесом там же установлено тормозное устройство 16. Соединительная муфта 15 состоит из шкива 17, с канавками 18, а также гнезда 19 для подшипников 20, прикрепленного к торцевой стенке кожуха 6. Кроме того, соединительная муфта содержит цилиндрический барабан 21, с окнами 22, где свободно расположена соединительные колодки 23. Вместе с тем втулка 24, прикрепленная к торцевой стенке барабана 21, соединена с подшипниками 20, при этом внутренняя ее стенка прикреплена к валу ветроколеса 3. Сам же цилиндрический барабан расположен в прорези 25 шкива 17. К корпусу шкива 17 прикреплена уплотнительная крышка 26. Ветродвигатель снабжен электродвигателем 27 с укрепленными на валу шкивом 28. Соединительная муфта 15 и шкив 28 объединены ременной передачей 29. Полость между шариками подшипников 20 заполнена вязким смазывающим материалом, например нигролом.

В качестве привода для соединительной муфты 15 на ветродвигателях, предназначенных для передвижных работ, вместо электродвигателя 27 установлен двигатель внутреннего сгорания. Для автоматического и неавтоматического регулирования скоростью вращения ветроколеса 1 ветродвигатель снабжен нереверсивными магнитными пускателями, кнопочными станциями, реле напряжения 30, разъединителями 31.

Ветродвигатель используется следующим образом. Определив место установки, ветродвигатель устанавливается таким образом, чтобы верхняя и нижняя части цилиндрического кожуха 6, были бы ориентированы в сторону преимущественного направления ветра. 0после включения электроэнергии (аварийного освещения), с помощью электродвигателей 12 открывается щит 9 или щит 10, при этом открывается путь воздушному потоку, направленному к лопастям ветроколеса. В это время, воздушный поток, попадая на лопасти ветроколеса 1 в цилиндрическом кожухе 6 вызывает вращение ветроколеса, которое передает усилия ветра на горизонтальный вал 3, связанный с электрогенератором 14, вырабатывающим электрическую энергию. При работе ветродвигателя, в случае недостаточной скорости ветра, необходимо для нормальной производительности электрогенератора, включается в работу вспомогательный электродвигатель 27. Для этого с помощью разъединителя 1 (выключателя) 31 включается автоматическая система управления электродвигателем 27. В связи с этим электрический ток фазного провода Л₁, проходит через клеммы данного разъединителя, через катушку пускателя 1К, где, встречаясь с другим фазным проводом Л₃, создает магнитное поле в катушке, которое притягивает сердечник магнитного пускателя с подвижными контактами 1К, включая электродвигатель 27. Электродвигатель 27, создавая свои усилия через шкив 28, ременную передачу 29 на шкив 17 соединительной муфты 15, вращает его вокруг горизонтального вала 3. При вращении шкива 17 заполненные вязким смазывающим материалом подшипники 20 с помощью втулки 24 создают вращательное движение горизонтального вала 3 с постепенным его ускорением. В то время свободно расположенные в окнах 22 соединительные колодки 23 за счет центробежных усилий, создаваемых при вращении, выдвигаются из окон и соединяются одной из своих стенок со стенкой прорези 25, усиливая при этом дополнительное мягкое соединение муфты 15 с валом ветроколеса, в результате чего ускоряется вращательное движение до необходимых оборотов генератора 27. В случае ускоренного вращения ветроколеса, превышающего необходимые начения, электрогенератор, вырабатывающий электроэнергию, усиливает свое напряжение. В этот момент, реле напряжения 30 подключенное к зажимам электрогенератора, реагирует на повышенное напряжение тем, что создается катушкой усиленное магнитное поле в сердечнике, которое поворачивает якорь, а тот, связанный с механическими устройствами, отключает нормально закрытый контакт фазного провода Л₃. При этом размыкается цепь катушки магнитного пускателя, в результате чего главные силовые контакты 1К размыкаются и электродвигатель останавливается. Если же напряжение, вырабатываемое электрогенератором, падает, магнитное поле в сердечнике реле напряжения 30 ослабевает и разомкнутый контакт фазного провода Л₃ замыкается, при этом катушка 1К пускателя притягивает главные силовые контакты 1К и электродвигатель 27 автоматический выключается, раскручивая ветроколесо 1 до необходимых оборотов. При сильных ветровых потоках, направленных к лопастям ветроколеса 1, щит 9 или 10 закрывается с помощью электродвигателей с редуктором 12 полностью или частично, а автоматическое регулирование скоростью вращения ветроколеса отключается и включается при необходимости с помощью разъединителя P₂ неавтоматическое (ручное) управление. При включении электродвигателя 27 с помощью неавтоматического управления нажимается кнопка "Пуск" и электрическая энергия фазного провода Л₁ проходит через температурное реле РТ, через катушку 2К, через замкнутые контакты (в этот момент) кнопки "Пуск", где встречаясь с электроэнергией фазного провода Л₃, создается в катушке 2К магнитное поле, под действием которого притягивается сердечник вместе с подвижными силовыми контактами 2К, в результате чего эти контакты замыкаются вместе с блокирующими контактами БК, включая при этом электродвигатель 27. При необходимости отключения электродвигателя нажимается кнопка "Стоп", при этом размыкается электроэнергия фазных проводов Л₁ и Л₃. Размыкаются силовые контакт 2К и блокирующие контакты БК. Электродвигатель останавливается.

При автоматическом регулировании скоростью вращения ветроколеса возможна замена реле напряжения на реле тока, тепловое реле или другое включающее и отключающее устройство.

Использование: ветродвигатель относится к ветроэнергетике. Сущность изобретения: достижение технического результата осуществляется путем включения в конструкцию ветродвигателя цилиндрического кожуха, состоящего из двух частей - верхней и нижней, с прорезями и прикрепленного на шарнирах к каждой из частей раскрывающегося при необходимости щита. Внутри кожуха расположено ветроколесо с изогнутыми лопастями, укрепленными на горизонтальном валу. На одном конце вала укреплен электрогенератор, а на другом конце расположено тормозное устройство и соединительная муфта. В качестве привода к ветроколесу служит электродвигатель, соединенный с помощью шкива и ременной передачи с соединительной муфтой (в качестве привода может служить и двигатель внутреннего сгорания). Соединительная муфта состоит из шкива, внутри которого расположен цилиндрический барабан с укрепленной втулкой и окнами, где свободно расположены соединительные колодки. Втулка барабана входит в отверстие подшипников, укрепленных в гнезде шкива, при этом внутренняя стенка прикреплена к валу ветроколеса. Соединительная муфта снабжена уплотнительной крышкой. При работе ветродвигателя предусмотрено автоматическое и неавтоматическое и неавтоматическое регулирование, обеспечивающее необходимую скорость вращения ветроколеса. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Ветродвигатель, содержащий ветряное колесо с изогнутыми лопастями, укрепленными на горизонтальном валу, расположенное в цилиндрическом кожухе, составленном из двух частей верхней и нижней с прорезями и раскрывающимися при необходимости щитами, шарнирно связанными с частями кожуха, отличающийся тем, что на одном конце горизонтального вала укреплена соединительная муфта (гидромуфта), содержащая шкив с канавками для ремней, прикрепленного к торцевой стенке гнезда, внутри которого расположены подшипники, уплотнительную крышку, а также цилиндрический барабан, находящийся в прорези, с окнами, в которых свободно расположены соединительные колодки, при этом барабанная втулка, прикрепленная к его торцевой стенке, снаружи соединена с подшипниками, а изнутри прикреплена к валу ветроколеса. 2. Ветродвигатель по п.1, отличающийся тем, что соединительная муфта и электродвигатель со шкивом на валу объединены ременной передачей. 3. Ветродвигатель по п. 1, отличающийся тем, что система управления снабжена разъединителями (выключателями), реле напряжения, магнитными пускателями и кнопочной станцией.