ГОРИЗОНТАЛЬНЫЙ ВЕТРЯНОЙ ДВИГАТЕЛЬ С ПОВОРОТНЫМИ ЛОПАСТЯМИ Советский патент 1928 года по МПК F03D3/00 

Предлагаемый горизонтальный ветряный двигатель относится к ветряным двигателям с поворотными лопастями, расположенными попарно на общих осях в взаимно-перпендикулярных плоскостях во время нормальной работы двигателя.

На чертеже фиг. 1 изображает вид двигателя сбоку (в рабочем положении); фиг. 2 - вид сверху; фиг. 3 - вид регулирующего приспособления; фиг. 4 - то же, вид спереди; фиг. 5 - вид передачи сбоку; фиг. 6 - то же, вид сверху; фиг. 7 и 8 - вид спереди и сбоку соединения скобы с собачкой; фиг. 9 - схема одной пары крыльев - боковой вид; фиг. 10 - схема пары крыльев в плане; фиг. 11 - схема одной пары крыльев в нерабочем положении и фиг. 12 - устройство для автоматической регулировки.

На вертикальный вал 1 (фиг. 1 и 2) ветряного двигателя, проходящий сквозь помост на крыше здания и опирающийся на подпятник, насажена наглухо деревянная крестовина 2, несущая на себе взаимно-перпендикулярные оси 3,3, свободно вращающиеся в подшипниках 4; на одном конце каждой оси наглухо насажено по створчатой лопасти 5,5, а на противоположном помещается свободно вращающаяся (в пределах 80° от плоскости лопастей 5) лопасть 6. Лопасти 5 и 6 состоят из 12 рам, обтянутых парусиной, при чем верхняя половина лопасти изогнута и имеет просвет 7, служащий для уменьшения рабочей площади и отделяющий общий парус лопасти от небольшого рулевого пояса 8 на конце верхней части, имеющего назначение стремиться привести лопасть в горизонтальное положение. Кроме того, верхняя часть лопасти (изогнутая) несколько легче прямой части. При лопастях 6 на их осях насажены в местах 9,9 регулирующие приспособления, назначение которых переводить и закреплять лопасти 6 в известных положениях по отношению к лопастям 5.

Каждое регулирующее приспособление состоит из храповика 10 (фиг. 3, 4), насаженного на ось 3 и имеющего по несколько зубьев, обращенных на каждой половине храповика в разные стороны.В зубья храповика по обе стороны от оси упираются собачки 11¹ и 11² (фиг. 3 и 4), нажимаемые пружинами с упорами 19. Собачки являются составной частью скобы 12 (фиг. 4, 7 и 8), которая, проходя сквозь брус рамы 13 лопасти (фиг. 3 и 4), соединяется при помощи колен 14¹, 14² с цепным блоком 15, свободно сидящим на оси 3 и в свою очередь соединенным с другим цепным блоком, также свободно сидящим на оси 3 с противоположной стороны вала (фиг. 1-3).

Скобы 12 соединены с собачкой так, что последняя имеет некоторый свободный ход. В части скобы, закрытой головкой собачки 11¹ (фиг. 8), имеется вырез 16, в который входит конец винта 17, препятствующего полному обороту собачки вокруг стержня. Вырез 16 на скобе сделан так, что собачка, вращаясь около стержня, не может увеличивать угла 18 (фиг. 3), составляемого коленом скобы и собачкой, а может лишь уменьшить его.

Управление двигателем осуществляется при помощи системы передачи, состоящей из крестовины 18¹ (фиг. 5, 6), насаженной наглухо на вал 1 двигателя. На концах крестовины на осях свободно вращаются цепные блоки 20¹, 20², 20³ и 20⁴, соединенные с зубчатками с 36 зубцами каждая и расположенные под цепными блоками 15, с которыми они соединяются цепью, при чем блоки 20¹ и 20⁴ соединены с верхними блоками перекрещивающейся передачей, блоки 20² и 20³ с соответствующими им блоками - прямой передачей (фиг. 5 и 6).

Расположение цепных блоков и зубчаток не одинаково - у блоков 20¹ и 20⁴ (фиг. 6) зубчатка находится с внешней стороны блока, а у блоков 20³ и 20² - с внутренней стороны. Во время вращения главного вала зубчатки, вращаясь вместе с крестовиной 18¹, описывают над помостом 21 (фиг. 5) окружности 22¹ и 22² (фиг. 6). Эти окружности по радиальной линии А,А пересекаются пазом, в котором ходит ползун 5, несущий на себе зубчатую рейку. Ползун с рейкой может быть передвинут при помощи коленчатого рычага 23 с грузом 24 (фиг. 5), соединенного с тягой с рычагом 25, для сцепления с любой из окружностей 22¹, 22² или же для установки в промежуточное между ними положение. Рычаг 25 имеет зубчатый сектор, на котором он закрепляется в известных положениях при помощи собачки.

Таким образом, лопасти могут быть приведены в одну плоскость или же в расположенные под известным углом друг к другу. При повороте блока 15 (фиг. 3), по часовой стрелке, на величину одного зуба храповика 10, произойдет нажатие колена 14¹ на скобу 12, которая выведет собачку 11¹ из зуба и упрется в пружинный упор 19, в это время колено 14² на противоположной стороне храповика потянет за собой скобу и уменьшит угол, составляемый скобой и собачкой; далее произойдет поворот рамы лопасти около оси 3 до тех пор, пока одна собачка, слева, не западет на второй зуб, а другая, справа, не упрется во второй зуб; при повороте еще на один зуб по часовой стрелке или же против нее, все действие повторяется в таком же порядке; положение колена скобы и собачки в момент поворота указано на фиг. 3 пунктиром.

Нормальное рабочее положение лопастей таково, что они составляют, между своими более тяжелыми половинами угол в 100° (фиг. 9). Части лопастей 27, 28, как более тяжелые, будут внизу и, как одинаковые между собой по весу, будут уравновешивать друг друга. Другая пара лопастей расположена, как и первая, но перпендикулярно ей.

Если ветер дует по направлению стрелок О (фиг. 9), то давление его на нижние части лопасти, как имеющие большие поверхности, будет больше, в силу чего лопасти с осью займут положение, указанное сплошными линиями, т.-е. одна лопасть станет своей плоскостью под углом 10° к вертикальной плоскости, а к ветру перпендикулярно, упираясь в нижний брус крестовины 2, а другая лопасть займет горизонтальное положение; таким образом создастся разность давления и произойдет поворот из положения Б¹, Б² в положение Д¹, Д² (фиг. 10), при чем лопасть в положении Д¹ будет стремиться занять первоначальное наклонное положение. Лопасть в положении Д² будет испытывать такое же стремление от давления встречного воздуха на нижнюю часть, так как в этот момент вторая пара лопастей будет находиться под наибольшим воздействием ветра; в следующий момент ветер поставит лопасть в положении Д¹ опять перпендикулярно к ветру, и вращение будет происходить непрерывно.

В момент наименее выгодного положения одной пары лопастей, другая будет находиться в наивыгоднейшем положении. При всяком направлении ветра произойдет подобное перемещение лопастей и вращение двигателя будет постоянное.

Если перевести верхний блок в следующее положение, т.-е. на величину одного зуба храповика, то угол между нижними (прямыми) половинами лопастей 5 и 6 будет не 100° (фиг. 9), а 150°, и при наивыгоднейшем положении лопастей удар ветра будет к плоскости не перпендикулярен, а под углом в 40°, что значительно ослабит напор ветра, в то же время, другая парная лопасть не станет горизонтально, но наклонно, чем увеличит вредную встречную парусность.

Нерабочему положению лопастей двигателя соответствует горизонтальное положение всех четырех лопастей.

Положениям рычага 25 соответствуют положения ползуна 5 с рейкой на помосте 21 под зубчатками цепных блоков. Рычаг 25 может занимать четыре положений: 1) пуск в ход, 2) увеличение рабочих парусов, 3) уменьшение рабочих парусов и 4) остановка.

Для пуска двигателя в ход, нужно перевести рычаг 25 (фиг. 5) в полное отцепление лопастей на окружность 22¹ и дать (при помощи вала и хомута) один оборот главному валу (в данном случае против часовой стрелки), тогда зубчатка, зацепляясь с рейкой, переведет блок 20¹, который скрещенной передачей переведет верхний блок регулирующего приспособления по часовой стрелке; то же самое произойдет на второй оси лопастей, когда блок 20⁴ войдет в сцепление с зубчатой рейкой, т.-е., на обеих осях будет отмыкание, и лопасти займут наклонное положение, благодаря чему двигатель придет в движение. Для увеличения парусности рычаг следует продержать в первом положении пуска на окружности 22¹ еще один оборот, после чего, вследствие зацепления зубчатых колес блоков с зубчатой рейкой ползуна, произойдет поворот верхних блоков еще на один зуб храповика, и лопасти займут положение, соответствующее максимальной парусности.

Для остановки двигателя следует перевести рычаг 25 в положение уменьшения парусности, т.-е. на окружность 22², и после сцепления блока по прямым цепным передачам сообщить верхним блокам движение - обратное тому, которое было при пуске в ход и увеличении парусности, на величину одного зуба, т.-е. произойдет уменьшение рабочей парусности. При следующем повороте и сцеплении блоков 20² и 20³ с рейкой, лопасти придут в горизонтальное положение, и одна пара лопастей упрется в другую своими навешивающимися концами, и в таком положении двигатель может быть совсем заторможен на главном валу при помощи зажима его в деревянные колоды. В состоянии покоя лопасти подтягиваются друг к другу (фиг. 11).

Устройство, показанное на фиг. 12, служит для автоматической регулировки двигателя. Сущность этого устройства заключается в том, что парус каждой лопасти состоит из двенадцати рамок 26, обтянутых парусиной и вращающихся на горизонтальных осях 27; рамки помощью рычагов 28 соединены с общим стержнем 29, нагруженным уравновешивающими грузами 30 или спиральной пружиной на одном из его концов.

Горизонтальный ветряный двигатель с поворотными лопастями, попарно расположенными на общих осях в двух взаимно-перпендикулярных плоскостях - при нормальной работе двигателя, характеризующийся применением регулирующего приспособления, состоящего из храповиков 10 (фиг. 1-4), соединенных со створчатыми лопастями 5, наглухо насаженными на осях 3, и со свободно сидящими на них, диаметрально противоположными лопастям 5 - лопастями 6, каковые храповики с зубцами, на каждой половине обращенными в разные стороны, могут поворачиваться в ту и другую сторону посредством собачек 11¹, 11², нажимаемых пружинами с упорами 19 и связанных посредством колен 14¹, 14² и скоб 12, ограничиваемых в повороте винтами 17 (фиг. 7 и 8), с цепными блоками 15, свободно сидящими на осях 3 и, в свою очередь, связанными цепными передачами со свободно сидящими на закрепленной на оси 1 двигателя крестовине 18¹ (фиг. 5 и 6) - цепными блоками, соединенными с зубчатками, поворачиваемыми посредством зубчатой рейки, перемещаемой нагруженным коленчатым рычагом 23 - с целью поворота при помощи указанных связей храповиков 10 и приведения в надлежащее относительное положение лопастей, снабжаемых просветами 7 и рулевыми поясами 8 (фиг. 1 и 2). имеющими назначение усиливать стремление каждой лопасти к принятию горизонтального положения во время работы.