ВЕТРОДВИГАТЕЛЬ Российский патент 2007 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, снабженный сателлитными звеньями, содержащими вертикальные поворотные лопасти, оси которых соединены с шестернями, платформу и флюгер, связанный с кронштейном, снабженным контактными группами (RU 2050466 C1, F 03 D 7/06, 20.12.1995).

Недостатками указанного ветродвигателя являются низкий КПД и увеличение парусности ветродвигателя при повышенных скоростях ветра, а также невысокая надежность из-за применения лопастей, укрепленных одним концом.

Известен ветродвигатель, содержащий горизонтальный вал, снабженный сателлитными звеньями, содержащими поворотные лопасти, оси которых имеют две точки опоры и соединены с шестернями, содержит также платформу и флюгер, связанный с кронштейном, снабженным контактными группами (RU 2190123 С2, F 03 D 7/06, 27.09.2002).

Недостатком указанного ветродвигателя является наличие центрального эксцентрика, установленного внутри корпуса, что усложняет изготовление ветродвигателя, а также его обслуживание и ремонт.

Технический результат заключается в использовании с максимальной эффективностью энергии ветрового потока в максимально широком диапазоне скоростей ветра (вплоть до буревых) при предельно возможной простоте конструкции, повышении коэффициента полезного действия ветродвигателя, его надежности и технологичности при изготовлении, а также при эксплуатации и обеспечивается за счет того, что в ветродвигателе, содержащем не вращающуюся центральную ось, установленную горизонтально, с центральной шестерней, выполненной конической, сателлитные звенья, расположенные вокруг центральной шестерни радиально и равномерно, при этом валик каждого сателлитного звена с коническими шестернями на концах выполнен односекционным, причем один конец валика связан с центральной шестерней, лопастной редуктор, содержащий большую и малую цилиндрические шестерни, при этом большая цилиндрическая шестерня лопастного редуктора взаимодействует с малой и крепится на оси лопасти, установленной горизонтально, причем каждая лопасть концами своей оси опирается с возможностью вращения на кронштейны, укрепленные основаниями на цилиндрическом корпусе, установленном относительно центральной оси коаксиально с возможностью вращения, а вершины кронштейнов с обоих концов центральной оси соединены кольцевыми ободами, являющимися приводными колесами, которые связаны гибкой передачей с преобразователями энергии, при этом центральная ось обоими концами опирается с фиксацией на рамы, которые крепятся на противоположных сторонах платформы, в центре которой установлен флюгер, связанный с кронштейном, снабженным контактными группами, причем платформа расположена на тележках, установленных на круговую трассу, центр которой совпадает с осью вращения платформы, при этом тележки содержат тяговые электродвигатели, при этом центральная коническая шестерня жестко установлена на одном из концов не вращающейся центральной оси, а малая цилиндрическая шестерня лопастного редуктора укреплена жестко и соосно с конической шестерней, взаимодействующей с конической шестерней, принадлежащей валику сателлитного звена и обращенной в сторону лопасти того же сателлитного звена. Кроме того, ветродвигатель содержит устройства натяжения гибкой передачи, а также снабжен устройством съема электроэнергии.

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 кинематические связи ротора ветродвигателя.

Ветродвигатель снабжен ротором, имеющим возможность вращаться вокруг расположенной горизонтально не вращающейся центральной оси 1. На одном из концов центральной оси 1 установлена центральная коническая шестерня 2, а сателлитные звенья расположены вокруг нее радиально и равномерно, при этом и равномерно, причем валик 3 каждого сателлитного звена с коническими шестернями 4 и 5 на концах выполнен односекционным. Коническая шестерня 5, принадлежащая валику и обращенная в сторону лопасти 6 того же сателлитного звена, находится во взаимодействии с конической шестерней 7, укрепленной для ветродвигателя жестко и соосно с малой цилиндрической шестерней 8 лопастного редуктора. Большая цилиндрическая шестерня 9 взаимодействует с малой и крепится на оси лопасти 6, установленной горизонтально. Каждая лопасть 6 концами своей оси опирается с возможностью вращения на кронштейны 11, укрепленные основаниями на цилиндрическом корпусе 12, установленном относительно центральной оси 1 коаксиально с возможностью вращения, а вершины кронштейнов 11 с обоих концов центральной оси 1 соединены кольцевыми ободами 13, являющимися приводными колесами, связанными гибкой передачей 14 с преобразователями энергии 15. Центральная ось 1 обоими концами опирается на рамы 16, которые крепятся на противоположных сторонах платформы 17, причем платформа расположена на тележках 19, снабженных тяговыми электродвигателями и установленных на круговую трассу 20, центр которой совпадает с осью вращения платформы 17. В центре платформы 17 установлен флюгер 18, с помощью которого производится контроль ориентации на ветер. Ветродвигатель содержит также устройства для натяжения гибкой передачи и, кроме того, снабжен устройством съема электроэнергии.

При полном обороте ротора вокруг своей оси лопасти 6 совершают полоборота, при этом направление вращения лопастей противоположно направлению вращения ротора. Соотношение числа зубьев шестерен 2-4 (Z1-Z2), шестерен 5-7 (Z3-Z4) равно 1:1. Соотношение числа зубьев шестерен 8-9 (Z5-Z6) равно 1:2, при этом возможное число лопастей ветродвигателя равно трем и определяется количеством конических шестерен, имеющих возможность взаимодействовать с центральной конической шестерней 2. В конструкции ветродвигателя с большим количеством лопастей соотношение числа зубьев вышеуказанных пар шестерен меняется с сохранением общего передаточного отношения, равного 0,5.

Подготовка ветродвигателя к работе и его работа.

Первоначально устанавливаются лопасти 6, для чего платформа 17 разворачивается таким образом, чтобы ось ротора совпадала с направлением ветра. Каждая лопасть 6 поочередно приводится в крайнее нижнее положение, при этом кронштейны 11, к которым крепится ось настраиваемой лопасти 6, становятся перпендикулярными поверхности платформы 18. Плоскость лопасти 6 устанавливается параллельно плоскости платформы 17. Включением тяговых электродвигателей, установленных на тележки 19, платформа 17 разворачивается на ветровой поток. Набегающий ветровой поток, воздействуя на лопасти 6, создает вращающий момент ротора, при этом в результате взаимодействия шестерен 2-4, 5-7, 8-9 плоскости лопастей 6 разворачиваются под оптимальным углом к ветровому потоку. Лопасть 6, оказавшаяся в верхнем положении в процессе обегания вокруг центральной оси 1, 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. В зависимости от скорости ветрового потока включается необходимое количество преобразователей энергии и выбирается необходимый угол между осью ротора и направлением ветрового потока. При буревых скоростях ветра, при необходимости профилактики или ремонта, платформа 17 разворачивается таким образом, чтобы ось ротора совпадала с направлением ветрового потока, при этом плоскости лопастей 6 будут параллельны ветровому потоку. В этом случае вращающий момент ротора отсутствует и ротор останавливается.

При проектировании и эксплуатации ветродвигателей этого типа немаловажное значение имеет то, что работоспособность и эффективность работы предлагаемых ветродвигателей не зависит от смены направления ветра на противоположное, что является своеобразным свойством их симметрии. Промышленное применение изобретения позволит разрешить многие проблемы энергообеспечения без загрязнения окружающей среды.

Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано для стационарных и транспортируемых ветроустановок. Ветродвигатель содержит не вращающуюся центральную ось, установленную горизонтально, с центральной шестерней, выполненной конической, сателлитные звенья, расположенные вокруг центральной шестерни радиально и равномерно, лопастной редуктор, содержащий большую и малую цилиндрические шестерни, при этом большая цилиндрическая шестерня лопастного редуктора взаимодействует с малой и крепится на оси лопасти, установленной горизонтально. Каждая лопасть концами своей оси опирается с возможностью вращения на кронштейны, укрепленные основаниями на цилиндрическом корпусе, установленном относительно центральной оси коаксиально с возможностью вращения, а вершины кронштейнов с обоих концов центральной оси соединены кольцевыми ободами, являющимися приводными колесами. Центральная коническая шестерня жестко установлена на одном из концов не вращающейся центральной оси, а малая цилиндрическая шестерня лопастного редуктора укреплена жестко и соосно с конической шестерней, взаимодействующей с конической шестерней, принадлежащей валику сателлитного звена и обращенной в сторону лопасти того же сателлитного звена. Изобретение при простоте конструкции обеспечивает максимальную эффективность в широком диапазоне скоростей ветра. 1 н. и 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Ветродвигатель, содержащий невращающуюся центральную ось, установленную горизонтально с центральной шестерней, выполненной конической, сателлитные звенья, расположенные вокруг центральной шестерни радиально и равномерно, при этом валик каждого сателлитного звена с коническими шестернями на концах выполнен односекционным, причем один конец валика связан с центральной шестерней, лопастной редуктор, содержащий большую и малую цилиндрические шестерни, при этом большая цилиндрическая шестерня лопастного редуктора взаимодействует с малой и крепится на оси лопасти, установленной горизонтально, причем каждая лопасть концами своей оси опирается с возможностью вращения на кронштейны, укрепленные основаниями на цилиндрическом корпусе, установленном относительно центральной оси коаксиально с возможностью вращения, а вершины кронштейнов с обоих концов центральной оси соединены кольцевыми ободами, являющимися приводными колесами, которые связаны гибкой передачей с преобразователями энергии, при этом центральная ось обоими концами опирается с фиксацией на рамы, которые крепятся на противоположных сторонах платформы, в центре которой установлен флюгер, связанный с кронштейном, снабженным контактными группами, причем платформа расположена на тележках, установленных на круговую трассу, центр которой совпадает с осью вращения платформы, при этом тележки содержат тяговые электродвигатели, отличающийся тем, что центральная коническая шестерня жестко установлена на одном из концов невращающейся центральной оси, а малая цилиндрическая шестерня лопастного редуктора укреплена жестко и соосно с конической шестерней, взаимодействующей с конической шестерней, принадлежащей валику сателлитного звена и обращенной в сторону лопасти того же сателлитного звена.2. Ветродвигатель по п.1, отличающийся тем, что содержит устройства натяжения гибкой передачи.3. Ветродвигатель по п.1 или 2, отличающийся тем, что он снабжен устройством съема электроэнергии.