ВЕТРОДВИГАТЕЛЬ Российский патент 2002 года по МПК F03D7/06 

Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано при создании новых типов стационарных и транспортируемых ветроустановок.

Известен ветродвигатель, содержащий вертикальный вал с каркасом, генератор, поворотные лопасти, конические шестерни, механизм ориентации с флюгером, неподвижную вертикальную опору, полый цилиндр, вертикальный вал-кольцо, две конические полушестерни, полые горизонтальные валы, а также стойки с контактами, электрически соединенными с пускателем реверсивного электродвигателя (см. SU, 1813916 А1, кл. F 03 D 7/06, 07.05.1993).

Недостатками ветродвигателя являются низкий КПД, сложность конструкции и невысокая надежность из-за большого количества кинематических соединений между элементами конструкции.

Известен ветродвигатель, содержащий корпус, вал, снабженный сателлитными звеньями, содержащими лопасти, оси которых соединены с шестернями, эксцентрик, платформу и флюгер, связанный с кронштейном, снабженным контактными группами (см. RU, 2050466 С1, кл. F 03 D 7/06, 20.12.1995), по совокупности существенных признаков принятый за ближайший аналог изобретения (прототип).

Недостатками указанного ветродвигателя являются низкий КПД и увеличение парусности ветродвигателя при повышенных скоростях ветра.

Технический результат, заключающийся в повышении коэффициента полезного действия ветродвигателя, его надежности и технологичности при эксплуатации и изготовлении, обеспечивается за счет того, что в ветродвигателе, содержащем корпус, вал, снабженный сателлитными звеньями, содержащими лопасти, оси которых соединены с шестернями, эксцентрик, платформу и флюгер, связанный с кронштейном, снабженным контактными группами, согласно изобретению эксцентрик выполнен центральным, установлен на невращающемся центральном валу, расположенном горизонтально, и кинематически связан с сателлитными звеньями, каждое из которых содержит кривошипно-ползунный механизм, состоящий из ползуна-толкателя с промежуточным роликом, шатуна, а также лопастной редуктор, состоящий из большой и малой цилиндрической шестерен, причем последняя выполняет и функцию кривошипа, а каждая лопасть концами своих осей опирается на кронштейны, крепленные основаниями на цилиндрическом корпусе, на обоих концах которого установлены приводные цилиндрические шестерни, связанные с шестернями преобразователя энергии, при этом корпус опирается на рамы через подшипники, центральный вал также опирается на рамы с фиксацией, а рамы закреплены на противоположных сторонах платформы, в центре которой установлен флюгер, при этом платформа расположена на тележках, установленных на круговую трассу и содержащих тяговые электродвигатели, при этом ветродвигатель содержит сателлитные шестерни, обеспечивающие постоянное или чередующееся зацепление шестерен преобразователя энергии с приводными цилиндрическими шестернями.

Ветродвигатель также снабжен устройством съема электроэнергии, содержащим кронштейн, укрепленный на платформе ветродвигателя и снабженный подпружиненными токопроводящими щетками, а также цилиндр, укрепленный в грунте таким образом, что его ось совпадает с осью вращения платформы ветродвигателя, причем цилиндр содержит токопроводящие кольца, контактирующие с токопроводящими щетками.

На фиг.1 изображен ветродвигатель, общий вид;
на фиг.2 - ветродвигатель, вид сверху;
на фиг. 3 - ветродвигатель, вид сбоку (со стороны, перпендикулярной ветровому потоку);
на фиг.4 - внутренние и внешние кинематические связи ветродвигателя;
на фиг.5 - расположение толкателей с роликами (вид А-А);
на фиг. 6 - преобразователь энергии и приводные цилиндрические шестерни ротора ветродвигателя (вид Б-Б);
на фиг.7 - устройство съема электроэнергии ветродвигателя.

Ветродвигатель содержит корпус 1, центральный невращающийся вал 2, расположенный горизонтально с центральным эксцентриком 3, кинематически связанным с осями 4 лопастей 5 с помощью сателлитных звеньев, каждое из которых содержит кривошипно-шатунно-ползунный механизм, состоящий из подпружиненного ползуна-толкателя 6 с промежуточным роликом 7, шатуна 8, а также лопастной редуктор, состоящий из большой 9 и малой 10 цилиндрических шестерен, причем последняя выполняет и функцию кривошипа. Большая шестерня 9 лопастного редуктора соединена с осью 4 шлицевым соединением, подпружинена и зафиксирована гайкой 11 и контргайкой 12. Оси 4 опираются на кронштейны 13, основания которых укреплены на корпусе 1. Кронштейны 13 связаны между собой трубчатым кольцом 14 и укреплены тягами жесткости 15 с корпусом 1. Приводные цилиндрические шестерни 16 находятся в постоянном или передающемся зацеплении с шестерней 17 преобразователя энергии 18 через сателлитную шестерню 19. Преобразователь энергии 28 подключается к приводной цилиндрической шестерне 29 аналогично. Цилиндрический корпус 1 опирается на рамы 20 через подшипники 21. Центральный вал 2 опирается на рамы 20 с помощью фиксирующего устройства 22 и связан с корпусом 1 подшипниками 23 и 24. Рамы 20 крепятся на противоположных сторонах квадратной платформы 25, углы которой расположены на тележках 26, установленных на круговую трассу 27. Устройство съема электроэнергии содержит цилиндр 30, укрепленный в грунте, концентрические токопроводящие кольца 31, подпружиненные токопроводящие щетки 32, контактирующие с кольцами и установленные на кронштейн 33, укрепленный на платформе 25, центр вращения которой совпадает с осью цилиндра 30. Контроль ориентации на ветер производится подпружиненным флюгером 34, расположенным в центре платформы 25 и содержащем контактные группы для управления тяговыми электродвигателями тележек 26.

Подготовка ветродвигателя к работе и его работа. Первоначально устанавливаются лопасти 5, для чего платформа 25 разворачивается таким образом, чтобы ось ротора совпадала с направлением ветра. Каждая лопасть 5 поочередно приводится в крайнее нижнее положение (при этом кронштейны 13, к которым крепится ось 4 настраиваемой лопасти 5, становятся перпендикулярными поверхности платформы 25). Плоскость лопасти 5 устанавливается параллельно плоскости платформы 25. Включением тяговых электродвигателей, установленных на тележки 26, платформа 25 разворачивается на ветровой поток. Набегающий ветровой поток VI, воздействуя на лопасти 5, создает вращающий момент ротора, при этом ползуны-толкатели 6, обегая неподвижный центральный эксцентрик 3, воздействуют через шатун 8 на шестерни 10 и 9 лопастного редуктора, которые разворачивают плоскости лопастей 5 под оптимальным углом к ветровому потоку, причем за один полный оборот ротора вокруг своей оси лопасти 5 разворачиваются вокруг собственной оси 4 на пол-оборота, при этом направление вращения лопастей 5 совпадает с направлением вращения ротора. В зависимости от скорости ветрового потока включается в работу необходимое количество преобразователей энергии ветра 28 и выбирается необходимый угол между осью ротора и направлением ветрового потока. При буревых скоростях ветра, при необходимости профилактики или ремонта, платформа 25 разворачивается таким образом, чтобы ось ротора совпадала с направлением ветрового потока, при этом плоскости лопастей 5 будут параллельны ветровому потоку. В этом случае вращающий момент ротора отсутствует и ротор останавливается.

При этом между параметрами центрального эксцентрика 3, представляющего собой в сечении круг, центр которого смещен относительно оси центрального вала 2 и эксцентриситетом кривошипа, роль которого выполняет корпус малой шестерни 10 лопастного редуктора, соблюдается соотношение:
ε₂-ε₁ = 2ε,
где ε₂ - расстояние от геометрической оси центрального вала 2 до максимально удаленной от нее точки поверхности эксцентрика 3; ε₁ - расстояние от геометрической оси центрального вала 2 до минимально удаленной от нее точки поверхности эксцентрика 3; ε - эксцентриситет кривошипа, т.е. расстояние от оси вращения малой шестерни 10, выполняющей роль кривошипа, до оси, на которую установлен шатун 8.

Лопасть 5, оказавшаяся в верхнем положении в процессе обегания вокруг оси центрального вала 2, становится перпендикулярной ветровому потоку и, таким образом, максимальный крутящий момент ротор получит при наибольшем удалении от земли, где скорость ветра больше, чем у поверхности земли.

Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано при создании новых типов стационарных и транспортируемых установок. Технический результат, заключающийся в повышении коэффициента полезного действия ветродвигателя, его надежности и технологичности при эксплуатации и изготовлении, обеспечивается за счет того, что в ветродвигателе, содержащем корпус, вал, снабженный сателлитными звеньями, содержащими лопасти, оси которых соединены с шестернями, эксцентрик, платформу и флюгер, связанный с кронштейном, снабженным контактными группами, согласно изобретению эксцентрик выполнен центральным, установлен на невращающемся центральном валу, расположенном горизонтально, и кинематически связан с сателлитными звеньями, каждый из которых содержит кривошипно-ползунный механизм, состоящий из ползуна-толкателя с промежуточным роликом, шатуна, а также лопастной редуктор, состоящий из большой и малой цилиндрической шестерен, причем последняя выполняет и функцию кривошипа, а каждая лопасть концами своих осей опирается на кронштейны, укрепленные основаниями на цилиндрическом корпусе, на обоих концах которого установлены приводные цилиндрические шестерни, связанные с шестернями преобразователя энергии, при этом корпус опирается на рамы через подшипники, центральный вал также опирается на рамы с фиксацией, а рамы закреплены на противоположенных сторонах платформы, в центре которой установлен флюгер, при этом платформа расположена на тележках, установленных на круговую трассу и содержащих тяговые электродвигатели. 2 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Ветродвигатель, содержащий корпус, вал, снабженный сателлитными звеньями, содержащими лопасти, оси которых соединены с шестернями, эксцентрик, платформу и флюгер, связанный с кронштейном, снабженным контактными группами, отличающийся тем, что эксцентрик выполнен центральным, установлен на невращающемся центральном валу, расположенном горизонтально, и кинематически связан с сателлитными звеньями, каждое из которых содержит кривошипно-ползунный механизм, состоящий из ползуна-толкателя с промежуточным роликом, шатуна, а также лопастной редуктор, состоящий из большой и малой цилиндрической шестерен, причем последняя выполняет и функцию кривошипа, а каждая лопасть концами своих осей опирается на кронштейны, укрепленные основаниями на цилиндрическом корпусе, на обоих концах которого установлены приводные цилиндрические шестерни, связанные с шестернями преобразователя энергии, при этом корпус опирается на рамы через подшипники, центральный вал также опирается на рамы с фиксацией, а рамы закреплены на противоположных сторонах платформы, в центре которой установлен флюгер, при этом платформа расположена на тележках, установленных на круговую трассу и содержащих тяговые электродвигатели. 2. Ветродвигатель по п. 1, отличающийся тем, что содержит сателлитные шестерни, обеспечивающие постоянное или чередующееся зацепление шестерен преобразователя энергии с приводными цилиндрическими шестернями. 3. Ветродвигатель по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что он снабжен устройством съема электроэнергии, содержащим кронштейн, укрепленный на платформе ветродвигателя и снабженный подпружиненными токопроводящими щетками, а также цилиндр, укрепленный в грунте таким образом, что его ось совпадает с осью вращения платформы ветродвигателя, причем цилиндр содержит токопроводящие кольца, контактирующие с токопроводящими щетками.