Ветродвигатель Советский патент 1992 года по МПК F03D3/04 

Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано для промышленного и частного использования с целью получения электроэнергии, привода насосов, мельниц и т.д.

Известен ветродвигатель, содержащий размещенное в каркасе ветроколесо с подвижными лопастями, одни концы которых связаны с вертикальным валом, а на других концах укреплены катки, взаимодействующие с кольцевой колеей, расположенной эксцентрично относительно вала, поворотный направляющий аппарат, связанный с флюгером.

Недостатком известного ветродвигателя является недостаточная мощность.

Цель изобретения - повышение мощности.

Цель достигается тем, что каждая пр- пасть выполнена в виде двух связанных шарнирами частей, имеющих профили противоположной кривизны, при этом сумма хорд профилей каждой лопасти больше максимального расстояния от оси вала до кольцевой колеи, а профили имеют радиусы, величина которых определяется из соотношения RB Rnp RK, где Вв,Нпр,Нк - радиусы соответственно вала, профиля, колеи; направляющий аппарат выполнен в виде шарнирно установленных створок, снабженных механизмом их принудительного открывания и закрывания с ограничительными упорами,

На фиг. 1 показано горизонтальное сечение предлагаемого ветродвигателя; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1.

Ветродвигатель состоит из основания 1, на котором на катках 2 установлена горизонтальная круговая платформа 2 с кольцевой колеей (или рельсами) 4. Платформа 3 снабжена сквозным вертикальным оалом 5 с опорной пятой б на основании 1, При этом вал 5 установлен относительно кольцевой колеи (рельса) 4 платформы 3 с эксцентриситетом их осей. На валу 5 кад платформой 3 закреплен барабан 7, на ном равномерно

с/ С

vi vi оо

со ел о

по периметру шарнирно закреплены вертикальные трубы 8 с лопастями 9 дугообразного профиля. Таким образом барабан 7 является валом этих лопастей 9. Последние снабжены по концам вертикальными шарнирами 10с обратными профилями дугообразными лопастями 11, которые на своих концах снабжены вертикальными трубами 12 с катками 13, входящими в кольцевые направляющие качения колеи (или пары рельс) 4. Обратные профили дуги лопастей 9 выполнены дугами встречно направлению ветра по максимальному расстоянию между валом 5 и колеей 4, а лопасти 11 - обратно. Примерное рекомендуемое отношение лопастей 11 к лопастям 9 порядка 2:1, а сумма хорд их профилей должна превышать максимальное расстояние от оси вала 9 до кольцевой колеи 4. При этом радиусы их дуг принимаются между радиусами кольцевой колеи (рельса) 4 и барабана (вала) 7, величина которых определяется из соотношения Re Rnp RK, где RB.RDP.RK - соответственно радиусы вала 5 (7), профиля лопаток 9 и 11 и колеи 4.

Вертикальные шарниры 10 также снабжены катками 14, которые расположены в дополнительной кольцевой колее 15 на платформе 3, выполненной с эксцентриситетом осей с валом 5 и колеей 4. Таким образом на платформе 3 выполнена колея 4 по большой окружности и колея 15 по малой окружности эксцентрично с валом 5 и между собой.

При ином выполнении лопастей 9 и 11 ветродвигатель не работоспособен,

С наветренной стороны на величину минимального расстояния между осью вала 5 и кольцевой колеи 4, по периметру последнего установлен отражательный щит 16. С обратной подветренной стороны платформа 3 снабжена двумя параллельными флюгерными стабилизаторами 17с успокоительными пластинами 18 между ними. Над лопастями 9 и 11 с соответствующими устройствами их жестко закреплено горизонтальное перекрытие 19, выполненное ответно платформе 3, т.е. с теми же колеями 4 и 15 и узлом установки вала 5, образуя общий каркас.

Нижний конец вала 5 под платформой 3 снабжен ведущей шестерней 20, непосредственно или через редуктор связанной с шестерней 21 привода генератора 22 электрической энергии, установленного со- осно оси кольцевой колеи 4,

Вал 5 может быть снабжен известными тормозными устройствами ручного или с центробежным механизмом регулирования скорости, а также может быть соединен с

иным другим механизмом использования механической энергии, например с приводом мельницы или насоса,

С наветренной стороны на платформе 3

могут быть установлены направляющий аппарат в виде жестко или шарнирно закрепленных створок 23 на конце отражательного щита 16 и 24 в плоскости противоположного стабилизатора 17. В случае шарнирной их

установки они снабжаются ограничительными упорами 25 и лебедками, связанными с ними тросами.

Ветродвигатель работает следующим образом.

Под действием ветра флюгерные стабилизаторы 17 устанавливаются по ветру и разворачивают за собой платформу 3, которая поворачивается по оси вала 5, обкатываясь на катках 2 на основании 1 вокруг

него. При этом при всех дальнейших поворотах при изменении направления ветра его шестерня 20 находится в постоянном контакте с шестерней 21, т.к. их взаимное положение не изменяется.

Воздушный поток набегает между раскрытыми створками 23 и 24 и направляется ими на лопасти 9 и 11 между барабаном 7 вала 5 и кольцевой колеей 4 по их максимальному расстоянию между собой. С наветренной стороны на лопастях 9 и 11 ветровой воздушный поток создает повышенное давление, а за ними между стабили- заторами 17 - пониженное давление. Лопасти 9 и 11 на своих катках 13 и 14

обкатываются в кольцевых колеях 4 и 15. Происходит поворот барабана 7 с валом 5. После прохождения лопастей 9 и 11 максимального расстояния между валом 5 и колеи 4 по кольцевым колеям 4 и 15 начинается

сближение их концов. Лопасти 9 и 11 складываются на шарнирах 10 в виде колена и таким образом выходят на минимальное расстояние между валом 5 и колеей 4. Далее за счет инерционных сил, вихревого потока

воздуха и тянущей силы поворота вала 5 с барабаном 7, вращаемых таким же образом другой части лопаток 11 и 9, проходят эту зону отражательного щита 16. Вновь попадают в воздушный поток между створками

23 и 24, подхватываются им как парусы, раскрываются в шарнирах 10 и далее совершают работу описанным образом. Вращаясь, вал 5 через шестерни (зубчатые колеса) 20 и 21 приводит в работу генератор

22, который выдает электрическую энергию или иной потребитель механической энергии.

Возможные боковые порывы ветра, действуя на стабилизаторы 17, могут приводить

в колебательное движение платформу 3, но

т.к. последняя совершает колебательные движения вокруг вала 5, эти колебания не передаются на него и его ведущую шестерню 20 и тем самым исключаются толчки на потребитель его механической энергии. При этом успокоительные пластины 18, находясь в изолированном пространстве от ветра между стабилизаторами 17, демпфируют колебания платформы 3.

Посредством лебедок с ручным или дистанционным приводом тросами возможна принудительная установка створок 23 и 24 от максимального их раскрытия вплоть до полного закрытия их проходного просвета в зависимости от скорости ветра от слабого до штормового. Крайние положения створок 23 и 24 фиксируются ограничительными упорами 25. При штормовом ветре створки 23 и 24 частично или полностью закрывают, чем частично или полностью снимают ветровую нагрузку с ветроколеса.

Таким образом, предложенный ветродвигатель обеспечивает повышение мощности при общей простоте и надежности конструкции.

Формула изобретения

Ветродвигатель, содержащий размещенные в каркасе ветроколесо с подвижными лопастями, одни концы которых связаны с вертикальным валом, а на других концах укреплены катки, взаимодействующие с

кольцевой колеей, расположенной эксцентрично относительно вала, поворотный направляющий аппарат, связанный с флюгером, отличающийся тем, что, с целью повышения мощности, каждая лопасть выполнена в виде двух связанных шарнирами частей, имеющих профили противоположной кривизны, при этом сумма хорд профилей каждой лопасти больше максимального расстояния от оси вала до кольцевой колеи, а профили имеют радиусы, величина которых определяется из соотношения RB Rnp RK, где Re.Rnp.RK - радиусы соответственно вала, профиля, колеи.

Использование: получение электроэнергии для привода насосов, мельниц. Сущность: воздушный поток попадает на лопасти между барабаном вала и колеей по максимальному расстоянию между ними, происходит поворот барабана с валом. После прохождения лопастями максимального расстояния начинается складывание лопастей в виде колена и таким образом выходят на минимальное расстояние между взлом и колеей. Далее за счет инерционных сил, вихревого потока воздуха и тянущей силы поворота вала с барабаном, вращаемых таким же образом другой части лопастей, проходят эту зону отражательного щита. Лопасти вновь попадают в воздушный поток, подхватываются им, раскрываются и рабочий цикл повторяется. 2 ил.

22

21

фиг./

rr

Фиг, 2