ВЕТРОДВИГАТЕЛЬ ПАКА КАЛИФА Российский патент 2004 года по МПК F03D5/02 

Изобретение относится к ветротехнике и может быть использовано для обеспечения энергией различных потребителей, особенно в горных районах.

Известен ветродвигатель, содержащий на своем поворотном основании концентраторы воздушного потока, флюгерное устройство и каркас, включающий валы с насаженными на них ведущей и ведомой звездочками, охваченными бесконечной цепью, на которой размещены поворотные лопасти с изменяемым аэродинамическим профилем. Кроме того, ветродвигатель содержит механизм установки оптимального угла атаки лопастей, включающий несущие и направляющие ролики, установленные на каждой лопасти, взаимодействующие с рельсами, подсоединенными при помощи шарнирных звеньев к каркасу с образованием параллелограммного механизма, при этом шарнирные звенья связаны с концентраторами, а один из валов - с электрогенератором при помощи гибкой связи (см. а.с. SU №1686217, МКИ⁵ F 03 D 5/02).

Недостатком известного устройства является сложность конструкции, обусловленная сложностью конструкции механизма установки оптимального угла атаки лопастей.

Кроме того, ветродвигатель имеет низкий КПД, поскольку для перемещения тягового органа используется только подъемная сила ветра, действующая на рабочий орган (лопатку).

Наиболее близким техническим решением к заявляемому является ветродвигатель, содержащий тяговый орган - цепную передачу, включающую ведущую и три ведомые звездочки, размещенные на каркасе, соединенном с поворотным основанием, снабженным исполнительным механизмом, бесконечную цепь, охватывающую звездочки. На бесконечной цепи шарнирно установлены лопасти. При этом ветродвигатель включает механизм изменения угла атаки лопасти, содержащий шарнирные звенья, одно из которых выполнено с регулируемой длиной, с установленными в них ползунами. Кроме того, ветродвигатель снабжен блоком автоматического управления, датчиком скорости и направления потока воздуха, датчиком контроля выходной мощности генератора, причем блок автоматического управления связан со всеми датчиками, исполнительным механизмом основания и шарнирным звеном с регулируемой длиной (см. а.с. SU №1469206, МКИ⁴ F 03 D 5/02).

Недостатком известного ветродвигателя является низкий КПД за счет использования для перемещения цепи с лопатками только подъемной силы ветра.

Кроме того, ветродвигатель, имеющий опорные точки в одной плоскости, обладает низкой устойчивостью при высоких ветровых нагрузках, что значительно снижает эффективность его работы.

Техническим результатом заявленного технического решения является повышение КПД путем использования для перемещения тягового органа полной аэродинамической силы, воздействующей на лопасть, и эффективности работы за счет повышения надежности ветродвигателя, обеспечивающей расширение диапазона воспринимаемых ветровых нагрузок.

Технический результат достигается тем, что ветродвигатель, содержащий гибкий привод, включающий ведущий и ведомые элементы, размещенные на каркасе, установленном на поворотном основании, снабженном исполнительным механизмом, и охватывающий ведущий и ведомые элементы, тяговый орган с шарнирно установленными на нем лопастями, блок автоматического управления, датчик контроля выходной мощности генератора, датчик скорости и направления потока воздуха, механизм изменения угла атаки лопасти, содержащий шарнирные звенья с установленными в них ползунами, причем одно шарнирное звено выполнено с регулируемой длиной, электрический генератор, связанный с ведущим элементом ременной передачей, дополнительно содержит второй гибкий привод и механизм установки рабочих ветвей тяговых органов по направлению вектора полной аэродинамической силы, воздействующей на лопасть, при этом каркас выполнен в виде двух, для каждого гибкого привода, плоских шарнирных ферм, соединенных между собой осями-стяжками, причем каждая лопасть шарнирно закреплена на обоих тяговых органах, а механизм изменения угла атаки лопасти дополнительно снабжен стопорами ползунов.

Кроме того, механизм установки рабочих ветвей тяговых органов по направлению вектора полной аэродинамической силы включает электродвигатель, редуктор, две пары конических передач, распределительный механизм, содержащий две взаимно перпендикулярные конические пары и установочные винты с гайками, расположенные на осях конических пар, размещенный на каждой шарнирной ферме.

Кроме того, механизм установки рабочих ветвей тяговых органов по направлению вектора полной аэродинамической силы содержит более одного распределительного механизма на каждой шарнирной ферме.

Сравнение заявленного технического решения с прототипом позволило выявить отличительные от него признаки, следовательно, оно соответствует критерию “НОВИЗНА”.

Установка рабочих ветвей тяговых органов по направлению вектора полной аэродинамической (результирующей) силы ветра, воздействующей на лопасти, позволяет повысить КПД ветродвигателя до 0,5-0,6 за счет использования результирующей силы воздействия ветра на лопасть.

Введение второго параллельно установленного гибкого привода и объединение его с первым с помощью осей-стяжек в единую пространственную четырехопорную конструкцию с закреплением каждой лопасти на двух тяговых органах повышает надежность конструкции, позволяющей отбирать энергию в диапазоне больших скоростей до 40 м/сек ветра, что приводит к повышению эффективности работы заявляемого ветродвигателя.

Фиг.1 - общий вид ветродвигателя;

фиг.2 - вид сбоку на фиг.1.

Ветродвигатель содержит два гибких привода, каждый из которых включает ведущую 1 и ведомые 2 элементы, например звездочки, размещенные на каркасе, выполненном в виде двух плоских ферм 3, параллельно установленных и соединенных между собой осями-стяжками 4 и состоящих из шарнирно закрепленных звеньев, и охватывающие ведущие 1 и ведомые 2 элементы два тяговых органа 5, на которых шарнирно закреплены лопасти 6. Каркас установлен на основании 7, перемещающемся по круговым рельсам и снабженном исполнительным механизмом 8.

Кроме того, ведущие 1 элементы связаны с генератором 9 ременной передачей.

На основании 7 установлен блок 10 автоматического управления, датчик 11 контроля выходной мощности генератора 9. В верхней части каркаса установлен датчик 12 скорости и направления потока и механизм изменения угла атаки, содержащий шарнирные звенья 13 с установленными в них ползунами 14 и стопорами 15 для них, причем одно шарнирное звено 13 выполнено с регулируемой длиной. Блок 10 связан с датчиками 11 и 12 исполнительным механизмом 8 и шарнирным звеном 13 с регулируемой длиной.

Механизм установки рабочих ветвей тяговых органов по направлению полной аэродинамической силы включает электродвигатель 16, редуктор 17, две конические передачи 18, распределительный механизм, содержащий две взаимно перпендикулярные конические пары 19 и установочные винты 20 с гайками, расположенные на осях конических пар.

Ветродвигатель работает следующим образом.

При возникновении ветра датчик 12 скорости и направления потока самоориентируется по направлению ветра и передает сигнал в блок 10 автоматического управления. В результате на исполнительный механизм 8 основания 7 подается команда, основание 7 разворачивается по круговым рельсам, и ветродвигатель становится “на ветер”, при этом сконцентрированный поток ветра воздействует на лопасти 6, заставляя их передвигаться вместе с тяговыми органами 5. Тяговые органы 5 через ведущий 1 элемент приводят во вращение генератор 9, выходная мощность которого регистрируется датчиком 11, который через блок 10 автоматического управления воздействует на механизм изменения угла атаки через шарнирное звено 13 с регулируемой длиной и ползуны 14, устанавливая оптимальный угол атаки лопастей соответственно силе ветра. Для установки рабочих ветвей тяговых органов 5 по направлению вектора полной аэродинамической силы устанавливают их на соответствующий определенной силе ветра угол путем изменения длин установочных винтов 20 с помощью конических пар 19 распределительного механизма, приводимого в действие электродвигателем 16 через редуктор 17 и конические передачи 18, осуществляющие перемещение нижних и средних ведущих и ведомых элементов, а перемещение верхних ведомых элементов при установке рабочих ветвей по направлению ветра полной аэродинамической силы осуществляется шарниром 13 с регулируемой длиной при фиксации ползунов 14 при помощи стопоров 15, при этом обеспечивается одинаковый угол наклона рабочих ветвей двух тяговых органов.

Ветродвигатель с высоким КПД до 0,5-0,6, обеспечивающий надежную и эффективную работу при расширенном диапазоне ветровых нагрузок, найдет широкое промышленное применение.

Изобретение относится к ветротехнике и может быть использовано для обеспечения энергией различных потребителей, особенно в горных районах. Техническим результатом заявленного технического решения является повышение КПД путем использования для перемещения тягового органа полной аэродинамической силы, воздействующей на лопасть, и эффективности работы за счет повышения надежности ветродвигателя, обеспечивающей расширение диапазона воспринимаемых ветровых нагрузок. Технический результат достигается тем, что ветродвигатель содержит два гибких привода, каждый из которых включает ведущую и ведомые элементы, например звездочки, размещенные на каркасе, выполненном в виде двух плоских ферм, параллельно установленных и соединенных между собой осями-стяжками и состоящих из шарнирно закрепленных звеньев, и охватывающие ведущие и ведомые элементы два тяговых органа, на которых шарнирно закреплены лопасти. Каркас установлен на основании, перемещающемся по круговым рельсам и снабженном исполнительным механизмом. Ведущие элементы связаны с генератором ременной передачей. На основании установлен блок автоматического управления, датчик контроля выходной мощности генератора, в верхней части каркаса установлен датчик скорости и направления потока и механизм изменения угла атаки, содержащий шарнирные звенья с установленными в них ползунами и стопорами для них, причем одно шарнирно звено выполнено с регулируемой длиной, блок связан с датчиками, исполнительным механизмом и шарнирным звеном с регулируемой длиной. Механизм установки рабочих ветвей тяговых органов по направлению полной аэродинамической силы включает электродвигатель, редуктор, две конические передачи, распределительный механизм, содержащий две взаимно перпендикулярные конические пары и установочные винты с гайками, расположенные на осях конических пар. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Ветродвигатель, содержащий гибкий привод, включающий ведущий и ведомые элементы, размещенные на каркасе, установленном на поворотном основании, снабженном исполнительным механизмом, и охватывающий ведущий и ведомые элементы тяговый орган с шарнирно установленными на нем лопастями, блок автоматического управления, датчик контроля выходной мощности генератора, датчик скорости и направления потока воздуха, механизм изменения угла атаки лопасти, содержащий шарнирные звенья с установленными в них ползунами, причем одно шарнирное звено выполнено с регулируемой длиной, электрический генератор, связанный с ведущим элементом ременной передачей, отличающийся тем, что он дополнительно содержит второй гибкий привод и механизм установки рабочих ветвей тяговых органов по направлению вектора полной аэродинамической силы, воздействующей на лопасть, при этом каркас выполнен в виде двух, для каждого гибкого привода, плоских шарнирных ферм, соединенных между собой осями-стяжками, причем каждая лопасть шарнирно закреплена на обоих тяговых органах, а механизм изменения угла атаки лопасти дополнительно снабжен стопорами ползунов.2. Ветродвигатель по п.1, отличающийся тем, что механизм установки рабочих ветвей тяговых органов по направлению вектора полной аэродинамической силы включает электродвигатель, редуктор, две пары конических передач, распределительный механизм, содержащий две взаимно перпендикулярные конические пары и установочные винты с гайками, расположенные на осях конических пар, размещенный на каждой шарнирной ферме.3. Ветродвигатель по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что механизм установки рабочих ветвей тяговых органов по направлению вектора полной аэродинамической силы содержит более одного распределительного механизма на каждой шарнирной ферме.