КАРУСЕЛЬНЫЙ ВЕТРОДВИГАТЕЛЬ Российский патент 2015 года по МПК F03D3/00 F03D3/02 F03D7/06 

Изобретение относится к ветротехнике, в частности к ветродвигателям с вертикальной осью вращения ротора, перпендикулярной направлению ветра.

Изобретение позволяет производить строительство как небольших, так и крупных электростанций. Работает независимо от направления ветра. Механизмы наведения на ветер и другие устройства, связанные с изменением ветра, отсутствуют.

Известный карусельный ветродвигатель (см. Авторское свидетельство СССР №992799, М. Кл. 3, F03d 3/00, публ. 1983 г., бюл. №4) имеет колесо со ступицей и закрепленными на ней махами, к концам которых шарнирно прикреплены подпружиненные профилированные лопасти. Недостаток ветроколеса этой установки заключается в том, что мощность, передаваемая на ступицу при вращении, развивается только при прохождении лопасти по одну сторону от оси вращения ступицы в направлении ветра, и поэтому ветроустановка имеет сравнительно низкий КПД.

В Авторском свидетельстве СССР №1622609, М. Кл. 5, F03d 9/00, публ. 1991 г., бюл. №3, описан ветродвигатель, имеющий рабочие колеса нижнего и верхнего ярусов, включающие закрепленные на вертикальном валу держатели с упорами и размещенные между держателями лопасти, каждая из которых выполнена составной из аэродинамических профилей. Колеса вращаются в разные стороны, выполняя при этом функции роторного генератора. Этот ветродвигатель также имеет невысокий КПД, т.к. мощность ветрового потока передается через лопасти только с одной стороны оси вращения.

Ротор ветродвигателя, защищенный Авторским свидетельством СССР №992800, М. Кл. 3, F03d 3/00, публ. 1983 г., бюл. №4, содержит установленные в опорах вертикальный вал, на концах которого прикреплены два стержневых каркаса, связанные между собой набором вертикальных стержней, и плоские лопасти, шарнирно закрепленные одной из своих сторон на стержнях, причем ротор снабжен кольцами, размещенными между торцевыми поверхностями лопастей по два стержня на каждом радиусе, причем стержни с шарнирно закрепленными лопастями укреплены на наружных кольцах, а разность радиусов каждого наружного и внутреннего кольца меньше ширины лопасти.

В описанной конструкции ротора ветродвигателя только половина лопастей взаимодействует с ветровым потоком, поэтому ветродвигатель с таким ротором имеет сравнительно низкий КПД.

Карусельный ветродвигатель, описанный в Авторском свидетельстве СССР №846777, М. Кл. 3, F03d 3/00, публ. 1981 г., бюл. №26, содержит неподвижную ось, лопасти, установленные с возможностью независимого поворота на махах, храповые механизмы по числу лопастей, храповое колесо каждого из которых закреплено на оси и снабжено охватывающим кольцом, имеющим рычаг, соединенный при помощи тяги с лопастью. Недостаток этого ветродвигателя - низкая надежность и большая металлоемкость из-за наличия храповых механизмов и тяг.

Известно ветроколесо по Авторскому свидетельству №1483081, F03d 3/02, Бюл. №20, которое содержит неподвижную ось, лопасти, установленные с возможностью независимого поворота на махах на 360 градусов, один флюгер и механизм, жестко связывающий все лопасти и обеспечивающий четкое положение лопасти от направления ветра и поворота рабочего колеса - обеспечивают максимальный КПД ветродвигателя.

Недостаток этого ветродвигателя - сложная конструкция, ненадежность в работе, и незащищенные элементы конструкции от воздействия окружающей среды.

Известен ветродвигатель (RU, патент на изобретение №2380567 С2, F03D 3/00, опубликованный 2010 г. Бюл. №3), содержащий установленное на вертикальном валу рабочее колесо, выполненное в виде размещенных между верхним и нижнем ободами поворотных лопастей, закрепленных на кронштейнах, связанных с валом, сочлененным с электрогенератором и механизмом управления лопастью, при этом каждая лопасть снабжена механизмом управления лопастью в виде флюгера и поворотного устройства, установленных на вертикальном валу соосно с лопастью, поворотное устройство состоит из дифференциала, один вал которого жестко связан с осью флюгера, второй вал жестко связан с ободом рабочего колеса, а корпус дифференциала жестко связан с осью повторной лопасти.

К недостаткам данного ветродвигателя относятся сложности конструкции, низкий коэффициент полезного действия.

Карусельный ветродвигатель, описанный в патенте на изобретение №2426005 от 10 августа 2011 г., содержит установленное на вертикальном валу рабочее колесо, выполненное в виде размещенных между верхним и нижними ободами поворотных лопастей, закрепленных на кронштейнах, связанных с валом, сочлененным с электрогенератором, лопасти закреплены на поворотных валах консольно, а валы лопастей установлены между верхними и нижними кронштейнами и зафиксированы в подшипниках скольжения, при этом нижний опорный подшипник имеет шариковый подпятник, ширина поворотной лопасти больше расстояния между осями валов, которые служат ограничителями поворота лопастей, вертикальный вал рабочего колеса выполнен полым и зафиксирован на оси подшипниками качения, ось закреплена на неподвижном основании и служит опорой ветродвигателя.

Недостатками этого ветродвигателя являются большая металлоемкость, невысокая окружная скорость, нестабильность работы при резких порывах ветра, незащищенность при сильных ветрах, сравнительно низкий КПД.

В качестве наиболее близкого аналога, заявленного изобретения, принят Карусельный ветродвигатель по авторскому свидетельству №SU 1746054 А2, опубл. 07.07.1992, содержащий следующие признаки, совпадающие с признаками заявленного карусельного ветродвигателя:

вертикальный вал, опорную плиту, верхние и нижние поворотные лопасти. Недостатками этого ветродвигателя, как и всех перечисленных выше, являются низкие технико-экономические показатели.

Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является улучшение технико-экономических показателей карусельного ветродвигателя.

Технический результат:

1. Увеличение мощности ветродвигателя.

2. Уменьшение удельного веса на единицу мощности

3. Повышение надежности в работе.

4. Повышение КПД.

Указанный технический результат достигается тем, что карусельный ветродвигатель, содержащий вертикальный вал, опорную плиту, верхние и нижние горизонтальные поворотные лопасти, отличающийся тем, что опорная плита закреплена на вертикальном валу, при этом верхние горизонтальные поворотные лопасти и нижние горизонтальные поворотные лопасти установлены на горизонтальных поворотных валах верхних и нижних подпружиненных поворотных рамок со смещением относительно центральной оси лопасти, при этом верхние и нижние подпружиненные поворотные рамки установлены на кронштейнах, которые закреплены на опорной плите, при этом на опорной плите установлен полый вал, на кронштейнах которого закреплены вертикальные поворотные валы, на которых установлены вертикальные поворотные лопасти со смещением относительно центральной оси лопасти, а вертикальный вал сочленен с электрогенератором через редуктор и зафиксирован подшипниками качения на неподвижном основании, служащем опорой ветродвигателя.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг. 1 показан карусельный ветродвигатель, вид сбоку.

На фиг. 2 - вид сверху.

На фиг. 3 - вид Г.

На фиг. 4 - вид В.

На фиг. 5 - положение лопастей при сильных порывах и штормовом ветре.

Карусельный ветродвигатель состоит из неподвижного основания 1, в верхней части которого установлен электрогенератор 2 с вертикальным валом 3. На вертикальном валу 3 установлена опорная плита 4, на которой закреплены кронштейны 5, соединенные между собой ребрами жесткости 6. На кронштейнах 5 закреплены оси 7 поворотных верхних рамок 8 и нижних рамок 9. Рамки 8, 9 подпружинены пластинчатой пружиной 10. На верхних 8 и нижних 9 поворотных рамках установлены горизонтальные поворотные валы 11 горизонтальных верхних поворотных лопастей 12 и нижних поворотных лопастей 13, которые закреплены со смещением относительно центральной оси лопасти. На опорной плите 4 соосно с вертикальным валом 3 закреплен полый вал 14, на котором установлены кронштейны 15. Вертикальные поворотные валы 16 закреплены между кронштейнами 15 и ребрами жесткости 6. На поворотных валах 16 установлены вертикальные поворотные лопасти 17 со смещением относительно центральной оси лопасти.

Карусельный ветродвигатель работает следующим образом.

При воздействии воздушного потока на поворотные лопасти вертикальные 17, горизонтальные верхние 12 и нижние 13, рабочее колесо, установленное на вертикальном валу 3, начинает вращаться вокруг неподвижного основания 1 (Фиг. 2). В одной половине рабочего колеса лопасти 12, 13, 17 находятся в рабочем положении и создают крутящий момент. Во второй половине эти лопасти автоматически разворачиваются при воздействии воздушного потока и движутся с минимальным сопротивлением. Тем самым создается разность давления относительно оси, и рабочее колесо вращается, передает крутящий момент на электрогенератор 2.

При резких порывах или усилении ветра до штормового, площадь ометаемой ветром поверхности рабочего колеса автоматически изменяется (Фиг. 5) пропорционально силе воздействия ветра, за счет поворота рамок 8, 9 зафиксированных пластинчатой пружиной 10 с установленными на рамках 8, 9 поворотными лопастями 12, 13.

Оптимальный режим работы ветроколеса, в зависимости от среднегодовых скоростей ветра, можно изменять установкой пластинчатых пружин 10 разной жесткости и сменой поворотных лопастей 12, 13, разных по площади и прочности.

Предлагаемый карусельный ветродвигатель может использоваться в самых разнообразных сферах деятельности человека в городе, сельской местности там, где есть ветер, для выработки электрической и механической энергии.

Изобретение относится к ветротехнике. Карусельный ветродвигатель содержит вертикальный вал, опорную плиту, верхние и нижние горизонтальные поворотные лопасти. Опорная плита закреплена на вертикальном валу. Верхние горизонтальные поворотные лопасти и нижние горизонтальные поворотные лопасти установлены на горизонтальных поворотных валах верхних и нижних подпружиненных поворотных рамок со смещением относительно центральной оси лопасти. Верхние и нижние подпружиненные поворотные рамки установлены на кронштейнах, которые закреплены на опорной плите. На опорной плите установлен полый вал, на кронштейнах которого закреплены вертикальные поворотные валы, на которых установлены вертикальные поворотные лопасти со смещением относительно центральной оси лопасти. Вертикальный вал сочленен с электрогенератором через редуктор и зафиксирован подшипниками качения на неподвижном основании, служащем опорой ветродвигателя. Изобретение направлено на увеличение скорости и стабильности вращения, надежности в работе, уменьшение металлоемкости, мощности ветродвигателя. 5 ил.

Карусельный ветродвигатель, содержащий вертикальный вал, опорную плиту, верхние и нижние горизонтальные поворотные лопасти, отличающийся тем, что опорная плита закреплена на вертикальном валу, при этом верхние горизонтальные поворотные лопасти и нижние горизонтальные поворотные лопасти установлены на горизонтальных поворотных валах верхних и нижних подпружиненных поворотных рамок со смещением относительно центральной оси лопасти, при этом верхние и нижние подпружиненные поворотные рамки установлены на кронштейнах, которые закреплены на опорной плите, при этом на опорной плите установлен полый вал, на кронштейнах которого закреплены вертикальные поворотные валы, на которых установлены вертикальные поворотные лопасти со смещением относительно центральной оси лопасти, а вертикальный вал сочленен с электрогенератором через редуктор и зафиксирован подшипниками качения на неподвижном основании, служащем опорой ветродвигателя.