ПРИСПОСОБЛЕНИЕ ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ВЕРТИКАЛЬНЫХ ВЕТРЯНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ Советский патент 1933 года по МПК F03D7/02 

Изобретение относится к приспособлениям для регулирования вертикальных ветряных двигателей с шарнирно закрепленным рулем, оттягиваемым грузом, и с установленными на поворотной втулке или розетке махами, несущими подвижно присоединенные к ним трубки или втулки с закрепленными на них удобообтекаемой формы крыльями, снабженными косыми прорезами для штифтов махов с целью достижения поворота крыльев под влиянием центробежной силы.

В предлагаемых приспособлениях для уравновешивания сдвижных крыльев и достижения более правильного регулирования работы двигателя все трубки или втулки крыльев соединены между собой при посредстве кольца, поворотно закрепленного при помощи пружины на розетке махов и шарнирно связанного посредством развилины и тяг с указанными трубками или втулками крыльев.

С целью включения и выключения ветряка закреплением или освобождением шарнирно присоединенного к поворотному стояку руля, оттягиваемого грузом, применен присоединенный к хвостику руля рычаг, соединенный посредством направляемого блоками троса и двух ответвлений от него с подвижным кольцом, охватывающим стояк и перемещаемым развилиной, укрепляемой или освобождаемой при помощи тяги. Затем в предлагаемом видоизменении приспособления взамен пружины при кольце применены одна или две серьги, соединяющие кольцо с одним или двумя поворотными коленчатыми рычагами, шатуном или шатунами, шарнирно связанными с ползунком, направляемым двумя брусками, и соединенными штангой с подвижной рамкой, в свою очередь связанной тросом с хвостовиком руля - с целью поворота последнего и достижения совместного с крыльями регулирования. Хвостовик связан при посредстве тяги с поворотным коленчатым рычагом, снабженным переставным грузом. Наконец, с целью получения регулирования ветряного двигателя в некоторых пределах лишь поворотом руля - взамен косых прорезов в трубках или втулках лопастей, применены прорезы, выполненные частично в осевом направлении и частично под углом к нему, из каковых последние, т.-е. направленные под углом, предназначены для устранения разноса двигателя путем поворота лопастей, в случае нарушения связи в частях двигателя.

На чертеже фиг. 1 изображает вертикальный разрез верхней части приспособления; фиг. 2 - вид стояка сверху; фиг. 3 - вид нижней части того же стояка; фиг. 4 - часть стояка с прорезами; фиг. 5 - махи с уравнительным кольцом; фиг. 6 - вариант приспособления; фиг. 7 - деталь, часть стояка; фиг. 8 - вид стояка сверху; фиг. 9 - деталь; фиг. 10 - одна из боковых опор башни ниже стояка.

Ветряный двигатель состоит из ступенчатого вертикального стояка 1 (фиг. 1 и 3), верхняя часть которого имеет больший диаметр и заточена концентрично в виде выступающего цилиндра. Вплотную к этой выступающей части на стояк надет кольцеобразный фланец 2, другое кольцо в виде чашки 3 укладывается наверху башни. Для укрепления к стойкам башни кольцо снабжено лапками 4. Стояк опускается внутрь башни, и между кольцами 2 и 3 прокладываются шарики так, что получается подшипник. Аналогичным же подшипником снабжается и нижний конец стояка 1. На стояке 1 жестко укрепляется в опоре 5 короткий стержень 6. На этот стержень надета коническая шестерня 7, одновременно являющаяся и розеткой ветряного колеса, для чего она снабжена выступающими ребрами, между которыми вставляются махи 9 и крепятся к розетке помощью болтов и накладок. Во втулку шестерни 7 по ее концам ставятся шариковые или роликовые подшипники 10. Шестерня розетка 7 вместе с укрепленными в ней махами может вращаться на неподвижном стержне 6. Вращение от шестерни 7 передается шестерне 11 вала 12, пропущенного несколько наклонно сквозь стояк 1. Вал 12 вращается в подшипнике 13, укрепленном на опоре 5. Нижний конец вала 12 шарниром Гука 14 соединен с вертикальным рабочим валом 15, проходящим внутри башни.

Опора 5 снабжена для большей жесткости сзади и спереди ребрами, кроме того к ней приклепан или приварен в одной плоскости с ребром с задней стороны двойной лист железа, являющийся продолжением заднего ребра и огибающий валик 12 для укрепления опоры 5 в стояке 1. Последний распиливается вдоль пополам, и между половинками стояка в уширенной его части помещается в прорез заднее ребро опоры 5 вместе с листом 16, после чего половинки стягиваются болтами с пружинящими шайбами, и лист и ребро опоры плотно зажимаются между половинками стояка. Перед этим немного срезается передняя часть стояка, а также выбираются в половинках стояка желобки для помещения вала 12 и горизонтальных частей опоры, а также подшипника 13 и шестерни 11. На передний конец втулки шестерни 7 надевается шайба 17 и в упор к последней приставляются параллельно друг другу бруски 18, прикрепляемые к втулке помощью полос 19.

Передние концы этих брусков жестко соединены между собой помощью болтов и накладок. От них отходят подкосы к махам 9 и прикрепляются к последним. Махи 9 несут лопасти 20 удобообтекаемого профиля. Часть каждой лопасти, расположенная к концу, может поворачиваться. Это поворачивание происходит благодаря увеличению центробежной силы в связи с возрастанием числа оборотов ветряного двигателя. Возрастающая центробежная сила стремится оттянуть от центра ветряного колеса подвижную часть лопасти 22 (фиг. 5), которая дальше будет называться поворотной лопаткой, при чем это оттягивание сопровождается еще поворотным движением этой лопатки вокруг маха благодаря тому, что нижняя часть лопатки снабжена муфтой 23 (фиг. 5) с косыми прорезами а, б (фиг. 4), в которые введены неподвижные пальцы в. Благодаря косым прорезам а, б прямолинейное движение лопатки 22 (фиг. 5) комбинируется с поворотным так, что в результате лопатка движется по винтовой линии. Чтобы лопатки 22 не поворачивались под действием собственного веса, а также вообще для уравновешивания действия всех поворотных лопаток, которыми снабжены все махи ветряного двигателя, каждая лопатка связана с кольцом 24 (фиг. 5), надетым на втулку розетки 7 (фиг. 1) и могущим поворачиваться вокруг втулки. Эта связь расположена внутри крыла и осуществляется помощью вилки 25 (фиг. 5), входящей своими пальцами в поперечные прорезы г (фиг. 4), которыми снабжена в нижней своей части с обеих сторон муфта 23 (фиг. 5). Вилка 25 соединена тягами 26, 27 с кольцом 24. Вес лопатки, расположенной в верхней части, через вилку 25 и тяги 26, 27 стремится повернуть кольцо 24 вправо, а вес противоположной лопатки стремится через свою связь повернуть кольцо влево. Поэтому действие сил веса, как направленных в разные стороны, уничтожается, центробежные же силу всех лопаток, суммируясь и уравниваясь в этом кольце, стремятся повернуть его на некоторый угол вокруг втулки розетки 7. Если вокруг этой втулки навить спиральную пружину, один конец которой присоединить к втулке, а другой к кольцу 24 таким образом, чтобы пружина сопротивлялась поворачивающему усилию кольца 24 от действия центробежных сил на лопатки 22, то такое устройство может служить для регулировки числа оборотов ветряного двигателя. Пружине при этом дается такое натяжение, чтобы поворотные лопатки ею удерживались в притянутом состоянии до некоторой определенной скорости крыльев. В случае же повышения этой скорости, центробежная сила лопаток начинает пересиливать действие пружины, лопатки начинают отходить и поворачиваться вокруг махов, и в силу этого обстоятельства, с одной стороны, уменьшается рабочая поверхность ветряного колеса, а также ухудшаются условия обтекаемости лопастей - с другой, что не замедлит подействовать тормозящим образом на движение ветряного колеса, при чем, чем больше будет стремиться ветряный двигатель повысить число оборотом, тем больше под влиянием центробежной силы будут поворачиваться лопатки и тем сильнее сопротивляться разгону ветряного двигателя. Число оборотов при этом будет мало изменяющимся. Для установки на ветер ветряный двигатель снабжается хвостом со щитом, укрепленным на хвостовом бруске (хвостовике) 28 (фиг. 1). Последний на шарнире 29 (фиг. 2) прикреплен к стояку 1. У шарнира 29 от хвостовика отходит жестко с ним соединенный рычаг 30 (фиг. 2). С противоположной от рычага стороны к бруску 28 прикреплен трос 31 (фиг. 2), который затем, огибая блоки 32, 33, проходит в небольшом углублении стояка под фланцем 2 (фиг. 1) и спускается вдоль стояка вниз. На нижнем конце троса 31 подвешен узкий серпообразный груз 34 (фиг. 3), вогнутой своей стороной обращенный к стояку 1 и частично охватывающий последний. Груз 34 заключен в кожух 35, укрепленный на стояке 1. Груз 34 через трос 31 (фиг. 3) действует на хвостовой брус 28, стремясь оттянуть хвост в направлении, указанном стрелкой (фиг. 8) и поставить его в положение параллельное ветряному колесу. При таком положении хвоста ветряный двигатель остается в состоянии покоя. Для пуска двигателя в ход хвост нужно поставить в перпендикулярное положение к ветряному колесу. Для этой цели служит трос 36 (фиг. 8), прикрепленный к рычагу 30. Огибая блоки 37 и 38, трос 36 проходит в углублении стояка 1 под фланцем 2, затем, спускаясь вниз вдоль стояка 1 в точке 39 (фиг. 1), раздваиваясь на два троса 40 и 41, присоединяется к кольцу 42 (фиг. 1), надетому подвижно на стояке. Кольцо 42 закреплено на стояке 1 так, что может только скользить вдоль стояка вниз и вверх, но не вращаться вокруг оси последнего. В кольце 42 устроен желобок, в который вводится пальцами вилка 43 (фиг. 1). Другой конец вилки 43 укреплен шарнирно к одной из ног башни ветряного двигателя. От вилки 43 идет тяга 44 вниз вдоль ноги к основанию башни, где и заканчивается стременем, могущим надеваться на крюк. Для пуска в ход ветряного двигателя оттягивают стремя вниз и надевают его на крюк. При оттягивании стремени вся связь, состоящая из тяги 44 (фиг. 10) вилки 43, кольца 42, троса 36 и рычага 30 переводит хвост ветряного двигателя из положения параллельного в перпендикулярное к ветряному колесу. Груз 34 (фиг. 3) при этом через свой трос 31 подтягивается вверх кожуха 35. При таком положении хвост ставит ветряное колесо на ветер и двигатель начинает работать. Чтобы остановить двигатель, снимают стремя с крюка, тогда груз 34 опустится и, потянув тросс 31, поставит хвост параллельно ветряному колесу и в таком положении и хвост и ветряное колесо расположатся по ветру. При таком положении ветер будет обтекать ветряное колесо, и ветряный двигатель работать не будет.

По варианту ветряный двигатель изготовляется таким же образом, как было описано выше, отличие имеется только в устройстве системы регулировки и заключается в том, что вместо спиральной пружины, которой в этом варианте совсем нет, к кольцу 24 присоединяется устройство, поворачивающее хвост и состоящее из шатуна 49 (фиг. 6), присоединенного одним концом к ушку кольца 24 так, как показано на фиг. 6. Другой конец этого шатуна присоединен к углообразному рычагу 50, могущему поворачиваться на оси 51, имеющейся на опоре 52, укрепляемой к маху 9. Другой конец углообразного рычага 50 соединен с шатуном 53, который присоединен к ползунку 54, могущему скользить вдоль брусков 18. Точно такие же устройства присоединены к ползунку 54 от каждого ушка кольца 24 (по числу лопастей), хотя можно ограничиться отведением таких устройств только от двух взаимно противоположных ушков кольца 24 и присоединением их к ползунку 54 с двух взаимно противоположных сторон последнего. Все соединения в этом устройстве выполнены шарнирно. На один конец штанги 55 (фиг. 6), помещаемой в середине между брусками 18, надевается шариковый подшипник 56, который закрепляется в центре ползунка 54. Другой конец штанги 55 присоединен к рамке 57, помещаемой в профрезерованных с обеих сторон стержня 6 канавках соответствующей глубины так, чтобы рамка была углублена заподлицо с цилиндрической поверхностью стержня 6. К другому концу рамки присоединен трос 58, огибающий блоки 59-60 (фиг. 8) и присоединенный к хвостовому бруску 28. При возрастании силы ветра поворотные лопатки, благодаря тому, что они надеты на мах не симметрично, а смещены своими осями несколько в сторону относительно осей махов, - будут поворачиваться на некоторый угол, так как часть лопатки расположенная от маха в сторону смещения, будет испытывать большее давление благодаря большей площади, чем ее противоположная часть. Благодаря тому, что поворотная лопатка скреплена с муфтой 23 (фиг. 4), снабженной косыми прорезами а, б, это поворачивание будет сопровождаться еще перемещением лопатки в радиальном направлении от центра ветряного колеса. При возрастании числа оборотов двигателя увеличивающаяся центробежная сила также будет оттягивать лопатки от центра ветряного колеса. Это перемещение лопаток будет поворачивать кольцо 24 на некоторый угол, при чем поворачивание кольца 24 через серьгу 49 (фиг. 6) передается угловому рычажку 50, подтягивая его короткое плечо в направлении ко втулке ветряного колеса, и более длинное плечо рычага 50 через шатун 53 переводит ползунок 54 (фиг. 6) вдоль брусков 18 в направлении, указанном стрелкой. Перемещение ползунка передается через подшипник 56 штанге 55 и рамке 57, могущей скользить в соответствующих углублениях вдоль неподвижного стержня 6. В виду того, что кольцо 24, шатун 49, рычаг 50, шатун 53 и ползун 54 укреплены на вращающемся ветряном колесе и следовательно вращаются вместе с ним, а рамка 57 и штанга 55 не вращаются, то соединение штанги 55 с ползуном 54 выполнено при помощи подшипника 56. Движение рамки 57, направленное вдоль стержня 6, передается через трос 58, огибающий блоки 59, 60 (фиг. 8), хвостовому бруску 28, (фиг. 6) который благодаря этому поворачивается налево и подтягивается в направлении к ветряному колесу. Этому поворачиванию хвоста, а также следовательно и повороту связанных с хвостом лопаток 22 препятствует угловой рычаг 61 (фиг. 10) с переставным по нему грузом 62, подвешенным на оси 63, укрепленной на опоре 64 внизу у основания башни. Этот рычаг 61 соединен со связью, переводящей хвост двигателя из положения параллельного в перпендикулярное к ветряному колесу и состоящей из тяги 44 (фиг. 1), вилки 43, кольца 42, троса 36 и рычага 30 (фиг. 10); для остановки двигателя рычаг 61 с противовесом поднимается вручную в горизонтальное положение и закладывается на крюк 65.

В этом варианте ветряного двигателя возрастающая от увеличения числа оборотов колеса центробежная сила вызывает с одной стороны поворот лопаток, с другой действует вышеописанной кинематической связью на хвост, подтягивая его к ветряному колесу, в параллельное положение. Наличие у основания башни иглообразного рычага с переставным противовесом дает возможность прямо с земли, перестановкой противовеса, в широких пределах производить регулировку и управление, как перемещениями хвоста относительно ветряного колеса, так и поворотом лопастей 22.

Третий вариант ветряного двигателя отличается от первого и второго тем, что лопасти в нем или части лопастей от центробежной силы могут не поворачиваться, а только отодвигаться в радиальном направлении от центра ветряного колеса, для чего прорезы а, б в муфте 23 (фиг. 4) имеют форму, указанную на фиг. 7, и идут вдоль муфты и лишь только близ вилки 25 принимают косое направление. Муфты 23 в этом варианте также связаны с кольцом 24, как и в первых двух вариантах. Кольцо связано с хвостом такой же связью, как описано во втором варианте, хвост также, как и во втором варианте, связан с таким же угловым рычагом 61. В этом варианте двигателя возрастающая от увеличения числа оборотов ветряного колеса центробежная сила будет оттягивать подвижные лопасти вдоль махов от центра ветряного колеса. Это оттягивание будет передаваться от лопастей через связь до кольца и от кольца через такую связь, как описано во втором варианте, к хвосту, поворачивая его более или менее к ветряному колесу, а при таком положении хвоста колесо со станиной будет более или менее уходить из-под действия ветра, чем и будет достигаться регулировка числа оборотов. Наличие внизу башни углообразного рычага с переставным противовесом (фиг. 10) дает возможность прямо с земли, путем перестановки противовеса, изменять режим работы двигателя и управлять лопастями и хвостом. В зависимости от увеличения и уменьшения центробежной силы лопасти, снабженные такими муфтами, как изображено на фиг. 7, будут двигаться прямолинейно вдоль махов в пределах длины прямой части прореза нисколько при этом не поворачиваясь. Косое же продолжение прорезам дано в качестве предохранительного приспособления, чтобы в случае нарушения связи двигатель не был поломан. Тогда при нарастании числа оборотов ветряного колеса подвижные лопасти - лопатки отойдут еще более от центра колеса, и их муфты будут скользить по пальцам b уже косых частях прорезов а, б, отчего и начнется поворачивание лопаток и торможение последних о воздух и замедление хода ветряного колеса.

1. Приспособление для регулирования вертикальных ветряных двигателей с шарнирно закрепленным рулем, оттягиваемым грузом и с установленными на поворотной втулке или розетке махами, несущими подвижно присоединенные к ним трубки или втулки с закрепленными на них удобообтекаемой формы крыльями, снабженные косыми прорезами для штифтов махов с целью достижения поворота крыльев под влиянием центробежной силы, отличающееся тем, что для уравновешивания сдвижных крыльев и достижения более правильного регулирования работы двигателя все трубки или втулки крыльев соединены между собой при посредстве кольца 24 (фиг. 6-8, 9), поворотно закрепленного при помощи пружины на розетке махов и шарнирно связанного посредством развилин 25 и тяг 26, 27 с указанными трубками или втулками крыльев.

2. Применение к приспособлению по п. 1, с целью включения и выключения ветряка закреплением или освобождением шарнирно присоединенного к поворотному стояку руля, оттягиваемого грузом - плеча 30 (фиг. 1), присоединенного к хвостовику 28 руля и соединенного посредством направляемого блоками троса 36 (фиг. 2) и двух ответвлений от него 40 и 41 (фиг. 1) с подвижным кольцом 42, охватывающим стояк и перемещаемым развилиной 43 (фиг. 1), закрепляемой или освобождаемой при помощи тяги 44.

3. Видоизменение приспособления по п. 1, отличающееся тем, что взамен пружины при кольце 24 применены одна или две серьги 49 (фиг. 6), соединяющие кольцо с одним или двумя поворотными коленчатыми рычагами 50 (черт. 6), шатуном или шатунами 53, шарнирно связанными с ползунком 54, направляемым брусками 18 и соединенным штангой 55 с подвижной рамкой 57 (фиг. 6), в свою очередь связанной тросом 58 с хвостовиком 28 руля - с целью поворота последнего и достижения совместного с крыльями регулирования, каковой хвостовик связан при посредстве концевой тяги 44 с поворотным коленчатым рычагом 61 (фиг. 10), снабженным переставным грузом 62.

4. Форма выполнения приспособления по п. 3, отличающаяся тем, что с целью получения регулирования ветряного двигателя в некоторых пределах лишь поворотом руля, - взамен косых прорезов в трубках или втулках лопастей применены прорезы, выполненные частично в осевом направлении и частично под углом к нему (фиг. 7), из каковых последние, т.-е. направленные под углом, предназначены для устранения разноса двигателя путем поворота лопастей, в случае нарушения связей в частях двигателя.