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 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 соотношесл

с

ния RB Rnp RK, где Rs, Rnp, Нк - радиусы соответственно вала, профиля, колеи; он снабжен дополнительной колеей, а каждая лопасть-дополнительным катком, расположенным на шарнире и взаимодействующим с дополнительной колеей, направляющийап- , парат выполнен в виде шарнирно установленных створок, снабженных механизмом их принудительного открывания и закрывания с ограничительными упорами.

На фиг. 1 показан предлагаемый ветродвигатель, горизонтальное сечение; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1.

Ветродвигатель состоит из основания 1, на котором на катках 2 установлена горизонтальная круговая платформа 3 с кольцевой колеей (niiV, рельсами) 4. Платформа 3 снабжена сквозным вертикальным валом 5 с опорной пятой 6 на основании 1. При этом вал 5 установлен относительно кольцевой колеи (рельса) 4 платформы 3 с .эксцентриситетом их осей. На валу 5 над платформой

VI

ч

оо

СО СЛ х|

3закреплен барабан 7, на нем равномерно 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 10 с 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 8 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 RB Rnp RK, где Кв.Нпр.Рк - 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

4и 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 соосно 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 отража- .тельного щита 16, и 24 в плоскости

0 противоположного стабилизатора 17. В случае шарнирной их установки они снабжаются ограничительными упорами 25 и лебедками 26, связанными с ними тросами 27.

5 Ветродвигатель работает следующим образом.

Под действием ветра флюгерные стабилизаторы 17 устанавливаются по ветру и разворачивают за собой платформу 3, кото0 рая 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

5 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

0 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 повы5 шенное 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.

0 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

5 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

0 другой частью лопастей 11 и 9. проходят эту зону отражательного щита 16. Вновь попадают в воздушный поток между створками 23 и 24. подхватываются им как па русы, раскрываются в шарнирах 10 и далее

5 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 26 с ручным или дистанционным приводом тросами 27 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 ветро- колеса.

Таким образом, предложенный ветродвигатель обеспечивает повышение мощности при общей простоте и надежность 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, он снабжен дополнительно кольцевой колеей, каждая лопасть снабжена дополнительным катком и выполнена в виде двух связанных шарнирами частей, имеющих профили противоположной кривизны, при этом сумма хорд профилей каждой лопасти больше максимального расстояния от вала до кольцевой колеи, профили имеют радиусы, величина которых определяется из соотношения RB Rnp RK, где Ra.Rnp.RK - радиусы соответственно вала, профиля, колеи, а дополнительный каток расположен на шарнире и взаимодействует с дополнительной колеей.

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 палом. После прохождения лопастями максимального расстояния начинается складывание лопастей в виде колена и таким образом они выходят на минимальное расстояние между валом и колеей. Далее за счет инерционных сил, вихревого потока воздуха и тянущей силы поворота вала с барабаном, вращаемых таким же образом другой частью лопастей, лопасти вновь попадают о воздушный поток, подхватываются им, раскрываются и рабочий цикл повторяется. 2 ил.

И

- - ,о

« со

:э S