КАРУСЕЛЬНЫЙ ВЕТРОДВИГАТЕЛЬ Российский патент 2013 года по МПК F03D3/00 

Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано для обеспечения электроэнергией различных автономных потребителей.

Известный карусельный ветродвигатель (авт. св. №1746054) содержит вертикальный вал, четыре пары лопастей на махах, упоры, конический редуктор с ведущей, ведомой и боковыми шестернями, расположенные взаимно перпендикулярно.

Недостатком известного ветродвигателя является невозможность получения при малой скорости ветра необходимой скорости вращения потребителя, например электрогенератора.

Цель изобретения - обеспечение достаточной для нормальной работы электрогенератора скорости его вращения, неторможения лопастями электрогенератора при уменьшении или прекращении действия ветра, предохранение от разрушения механизмов при ураганном ветре.

Поставленная цель достигается тем, что карусельный ветродвигатель, содержащий вертикальный вал, четыре пары лопастей на махах, упоры, конический редуктор с ведущей, ведомой и боковыми шестернями, выполненными коническими и расположенными взаимно перпендикулярно, снабжен двух- однорядным планетарным ускорителем (мультипликатором), а махи установлены в двух оголовках (ступицах), один из которых верхний (первый) закреплен на верхнем конце вертикального вала, а другой нижний (второй) закреплен на верхнем конце верхнего трубчатого вала, другой конец которого соединен с ведущей (верхней) шестерней конического редуктора, снабжен также муфтами обгона, предохранительными, эластичной; вертикальный вал соединен нижним концом с водилом верхнего ряда планетарного ускорителя, а ведомая шестерня конического редуктора соединена с эпициклом верхнего ряда планетарного ускорителя; боковые шестерни конического редуктора установлены в неподвижном корпусе; снабжен двумя муфтами обгона; одна из муфт обгона установлена между ведомой (нижней) шестерней конического редуктора и эпициклом первого (верхнего) ряда планетарного ускорителя, а вторая муфта обгона установлена между вертикальным валом и водилом первого ряда планетарного ускорителя; снабжен одной муфтой обгона, установленной на выходе нижнего (второго) ряда планетарного ускорителя, например на валу солнечной шестерни второго ряда планетарного ускорителя; оголовки соединены между собой или, например, представляют одно целое; эпициклы первого и второго рядов снабжены муфтой-тормозом, тормозящим эпицикл второго ряда и отстопоривающим его, при этом блокируют эпициклы верхнего (первого) и нижнего (второго) ряда; снабжен двумя предохранительными муфтами; одна из предохранительных муфт установлена между верхним оголовком и вертикальным валом, а вторая предохранительная муфта установлена между вторым оголовком и верхним трубчатым валом; или одна предохранительная муфта, установленная между вертикальным валом и водилом верхнего (первого) ряда планетарного ускорителя, другая предохранительная муфта установлена между ведомой шестерней конического редуктора и эпициклом верхнего (первого) ряда; снабжен одной предохранительной муфтой, которая установлена на выходе, например на валу солнечной шестерни второго (нижнего) ряда планетарного ускорителя; оголовки выполнены из труб, выполняющих роль втулок для махов и ступицы для вертикального вала; махи расположены в плоскости оси вертикального вала или эксцентрично (вне) оси вертикального вала; вертикальный вал соединен через муфту обгона с исполнительным звеном, например электрогенератором; вертикальный вал составной и соединен муфтой обгона; упоры установлены на ступице оголовков; ширина лопастей не более высоты по вертикали между соседними махами; упоры снабжены амортизаторами; оголовки установлены на радиально и радиально-упорном (коническом) подшипниках; боковые шестерни конического редуктора снабжены стаканами; ведущая (верхняя) шестерня конического редуктора выполнена за одно целое с трубчатым валом; ведомая шестерня конического редуктора выполнена за одно целое с трубчатым валом; боковые шестерни установлены на подшипниках в стаканах; махи снабжены ограничителями от осевого перемещения; махи снабжены втулками-протекторами; лопасти выполнены каркасными.

На фиг.1 схематично изображен карусельный ветродвигатель, общий вид. Предлагаемый карусельный ветродвигатель содержит крестообразно расположенные махи (1) с противоположно расположенными на них лопастями (2), упорами (3), установленными в верхнем оголовке (4), закрепленном на верхнем конце вертикального вала (5), соединенного со ступицей нижней муфты обгона (6), обойма которой соединена с водилом (7) верхнего (первого) ряда двух- однорядного планетарного ускорителя (мультипликатора).

Нижняя пара махов (1) с лопастями (2) и упорами (3), установленными в нижнем оголовке (8), закрепленном на верхнем конце трубчатого вала (9) (установленного в кронштейне 20), нижний конец которого (9) соединен с ведущей (верхней) шестерней (10) конического редуктора, ведомая (нижняя) шестерня (11) которого передает измененное по направлению вращение на нижний трубчатый вал (12), соединенный со ступицей верхней муфты обгона (13), обойма которой соединена с эпициклом (14) верхнего (первого) ряда планетарного ускорителя. Солнечная шестерня (15) верхнего (первого) ряда планетарного ускорителя соединена с водилом (16) нижнего (второго) ряда планетарного ускорителя, солнечная шестерня (17) которого соединена с предохранительной муфтой (18) и муфтой обгона (19), которая, в свою очередь, соединена, например, через эластичную муфту с электрогенератором.

При установке муфты предохранительной (18) и муфты обгона (19) после солнечной шестерни (17) (см. правую часть схемы) муфты предохранительные и муфты обгона (6) и (13) изображенные на левой части схемы исключаются. Вал (5) может быть составным, соединенным муфтой обгона (21).

Боковые шестерни (22) конического редуктора установлены в неподвижном корпусе (23), двухрядный планетарный ускоритель снабжен муфтой-тормозом (24), упоры (3) снабжены амортизаторами (25), боковые шестерни конического редуктора (22) установлены в стаканах (26) (фиг.3) на подшипниках (27), махи снабжены ограничителями (28) (фиг.2) от осевого перемещения, махи (1) снабжены втулками-протекторами (29), эластичной муфтой (30) электрогенератора (фиг.1), оголовки (31) (фиг.2) выполнены из труб, упоры, ограничители, протекторы, стаканы, подшипники имеют определенное функциoнaльнoe назначение. Лопасти воспринимают во время работы динамическую ветровую нагрузку и в основе каркасных лопастей находится каркас, который исключает консольность конструкции, ибо обе лопасти объединены связями.

Основным вариантом, рассмотренным в заявке, является КВД с двухрядным планетарным ускорителем, и он подробно описан. Упрощенным вариантом является КВД с однорядным планетарным ускорителем, он целесообразен для районов с сильными ветрами. Это, преимущественно, районы на побережьях морей и океанов.

Карусельный ветродвигатель работает следующим образом. Поток воздуха воздействует на поворотные лопасти (2). Одна из каждой пары лопастей, разворачиваясь под воздействием потока воздуха, доходит до упора (3) с амортизаторами (25), а противоположная лопасть занимает в это время положение вдоль потока воздуха. При этом воздушный поток, воздействующий на лопасти (2), упоры (3), создает крутящий момент, под действием которого разворачиваются оголовки (4) и (8), и соединенные соответственно с ними вертикальный вал (5) и трубчатый вал (9). Вертикальный вал (5) передает вращение через предохранительную муфту (на чертеже не указана) и муфту обгона (6) на водило (7), а с трубчатого вала (9) через конический редуктор с ведомой шестерни (11), трубчатый вал (12), муфту предохранительную (на чертеже не указана), муфту обгона (13) - на эпицикл (14) верхнего (первого) планетарного ряда. Суммарная увеличенная скорость с солнечной шестерни (15) поступает на водило (16) второго ряда и увеличенная скорость с солнечной шестерни (17) второго ряда поступает на электрогенератор. При варианте, изображенном справа, вращение с солнечной шестерни (17) передается через предохранительную муфту (18) и муфту обгона (19) и эластичную муфту (30) на потребление, например, на электрогенератор.

По сравнению с противопоставленным КВД по авт. св. №17446054 в конструкции предлагаемой КВД предусмотрено обеспечение достаточной для нормальной работы электрогенератора скорости его вращения в различных режимах в зависимости от ветровой нагрузки и неторможения лопастями при уменьшении или прекращении действия ветра (для чего предусмотрена муфта обгона). При действии ураганного ветра предусмотрены предохранительные устройства.

Благодаря предлагаемому исполнению карусельного ветродвигателя повышается его надежность и эффективность работы в различных режимах ветровой нагрузки.

Изобретение относится к ветроэнергетике и позволяет при малой скорости ветра получить необходимую скорость вращения потребителя энергии, например электрогенератора. Устройство содержит крестообразно установленные махи, лопасти, упоры, верхний оголовок, вертикальный вал, обгонную муфту, водило двухрядного ускорителя (мультипликатора), нижний оголовок, трубчатый вал, шестерни конического редуктора, трубчатый вал, верхнюю муфту обгона, эпицикл, солнечную шестерню, водило ускорителя второго ряда, солнечную шестерню второго ряда, предохранительную муфту и муфту обгона, кронштейн, соединительную муфту. В предлагаемом карусельном ветродвигателе предусмотрено обеспечение достаточной для нормальной работы электрогенератора скорости его вращения в различных режимах, в зависимости от ветровой нагрузки. При действии ураганного ветра предусмотрены предохранительные устройства. Благодаря предлагаемому исполнению карусельного ветродвигателя повышается его надежность и эффективность работы в различных режимах ветровой нагрузки. 27 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Карусельный ветродвигатель (КВД), содержащий вертикальный вал, четыре пары лопастей на махах, упоры, конический редуктор с ведущей, ведомой и боковыми шестернями, выполненными коническими и расположенными взаимно перпендикулярно, отличающийся тем, что снабжен двух(одно)рядным планетарным ускорителем (мультипликатором), а махи установлены в двух оголовках (ступицах), один из которых (верхний) закреплен на верхнем конце вертикального вала, а второй (нижний) закреплен на верхнем конце верхнего трубчатого вала, другой конец которого соединен с ведущей (верхней) шестерней конического редуктора, снабжен также муфтами (обгона, предохранительными и эластичной).

2. КВД по п.1, отличающийся тем, что вертикальный вал соединен нижним концом с водилом верхнего (первого) ряда планетарного ускорителя, а ведомая (нижняя) шестерня конического редуктора соединена с эпициклом верхнего ряда планетарного ускорителя.

3. КВД по п.1, отличающийся тем, что боковые шестерни конического редуктора установлены в неподвижном корпусе.

4. КВД по п.1, отличающийся тем, что снабжен двумя муфтами обгона.

5. КВД по п.4, отличающийся тем, что одна из муфт обгона установлена между ведомой шестерней конического редуктора и эпициклом верхнего (первого) ряда планетарного ускорителя, а вторая муфта обгона установлена между вертикальным валом и водилом верхнего (первого) ряда планетарного ускорителя.

6. КВД по п.1, отличающийся тем, что снабжен одной муфтой обгона.

7. КВД по п.6, отличающийся тем, что муфта обгона установлена на выходе нижнего (второго) ряда планетарного ускорителя, например, на валу солнечной шестерни нижнего (второго) ряда планетарного ускорителя.

8. КВД по п.1, отличающийся тем, что оголовки соединены между собой или, например, представляют одно целое.

9. КВД по п.1, отличающийся тем, что снабжен муфтой-тормозом двухрядного планетарного ускорителя.

10. КВД по п.1, отличающийся тем, что снабжен двумя предохранительными муфтами.

11. КВД по п.10, отличающийся тем, что одна предохранительная муфта установлена между верхним оголовком и вертикальным валом, а вторая предохранительная муфта установлена между нижним (вторым) оголовком и верхним трубчатым валом или предохранительная муфта установлена между вертикальным валом и водилом верхнего (первого) ряда планетарного ускорителя, другая предохранительная муфта установлена между ведомой шестерней конического редуктора и эпициклом верхнего (первого) ряда.

12. КВД по п.1, отличающийся тем, что снабжен одной предохранительной муфтой.

13. КВД по п.12, отличающийся тем, что предохранительная муфта установлена на выходе, например, на валу солнечной шестерни нижнего (второго) ряда планетарного ускорителя.

14. КВД по п.1, отличающийся тем, что оголовки выполнены из труб, выполняющих роль втулок для махов и ступицы для вертикального вала.

15. КВД по п.1, отличающийся тем, что махи расположены в плоскости оси вертикального вала или эксцентрично (вне) оси вертикального вала.

16. КВД по п.1, отличающийся тем, что вертикальный вал соединен через муфту обгона с исполнительным звеном, например, с электрогенератором.

17. КВД по п.1, отличающийся тем, что вертикальный вал составной и соединен муфтой обгона.

18. КВД по п.1, отличающийся тем, что упоры установлены на ступице оголовков.

19. КВД по п.1, отличающийся тем, что ширина лопастей не более высоты по вертикали между соседними махами.

20. КВД по п.1, отличающийся тем, что упоры снабжены амортизаторами.

21. КВД по п.1, отличающийся тем, что оголовки установлены на радиальном и радиально-упорном (коническом) подшипниках.

22. КВД по п.1, отличающийся тем, что боковые шестерни конического редуктора снабжены стаканами.

23. КВД по п.1, отличающийся тем, что ведущая шестерня конического редуктора выполнена за одно целое с трубчатым валом.

24. КВД по п.22, отличающийся тем, что боковые шестерни установлены на подшипниках в стаканах.

25. КВД по п.1, отличающийся тем, что махи снабжены ограничителями от осевого перемещения.

26. КВД по п.1, отличающийся тем, что махи снабжены втулками-протекторами.

27. КВД по п.1, отличающийся тем, что лопасти выполнены каркасными.

28. КВД по п.1, отличающийся тем, что ведомая шестерня конического редуктора выполнена за одно целое с трубчатым валом.