Ветродвигатель-качалка
Ветродвигатель предназначен для генерирования энергии воздушного потока и может быть использован в автономных системах по перекачке жидкостей. Ветродвигатель содержит закрепленную в основании неподвижную стойку, ротор с электрогенератором, механизм ориентации лопастей в рабочее положение и вертикальный вал с горизонтальным валом, на котором закреплены плоские лопасти. Лопасти установлены с возможностью вращения вокруг вертикального вала против часовой стрелки при вращении ротора по часовой, при одновременном повороте вокруг собственного горизонтального вала на пол-оборота за один оборот ротора. Ротор установлен на стойке в установочном узле с возможностью совершать вращательные и продольные, вдоль своей оси, возвратно-поступательные движения. Вертикальный вал установлен на роторе в своем узле вращения с конструкционным смещением относительно вертикальной оси вращения вала ротора. На роторе, с диаметрально противоположной стороны относительно оси вращения ротора и вертикального вала лопастей, установлен груз-балансир. На валу ротора размещено устройство разделения продольного возвратно-поступательного движения ротора от вращательного движения ротора, которое связано посредством дополнительного преобразователя энергии от продольных перемещений ротора с потребителем. Изобретение позволяет повысить эффективность преобразования энергии. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.
Изобретение относится к ветроэнергетике и предназначено для генерирования энергии воздушного потока и может быть использовано в автономных системах по перекачке жидкостей.
Известен целый ряд ветродвигателей, лопасти которых принудительно поворачиваются вокруг своих осей так, чтобы давление на лопасти от действия набегающего потока ветра на одной стороне центрального вала ротора было большим, чем по другой стороне.
Так, известен ветродвигатель, содержащий закрепленную в основании неподвижную стойку, установленный на ней ротор с центральным вертикальным валом, кинематически соединенным с электрогенератором, и механизм ориентации лопастей в рабочее положение, размещенные на валу в горизонтальной плоскости консоли, на каждом конце которых размещены вертикальные валы, а лопасти установлены с возможностью вращения вокруг вертикальных валов /см. а.с. СССР №1800098 A1, F03D 7/06, 1993 г./.
Также известен ветродвигатель, содержащий закрепленную в основании неподвижную стойку, установленный на ней ротор, кинематически соединенный с электрогенератором, механизм ориентации лопастей в рабочее положение, центральный вал которого размещен в полом центральном валу ротора, также установленные на роторе в горизонтальной плоскости консоли, на каждом конце которых размещены вертикальные валы с установленными на их концах горизонтальными валами, на которых закреплены плоские лопасти, при этом лопасти установлены с возможностью вращения вокруг вертикальных валов против часовой стрелки при вращении ротора по часовой, при одновременном повороте вокруг собственных горизонтальных валов на пол-оборота за один оборот ротора, причем горизонтальные валы кинематически связаны с консолями с передаточным отношением 1-2, а сами вертикальные валы связаны кинематическими передачами, размещенными в полостях консолей, с центральным валом механизма ориентации с передаточным отношением 1-1 /см. патент RU №2119091 C1, F03D 3/00, 1997 г./.
Однако известный ветродвигатель недостаточно эффективен из-за конструктивных решений по использованию ветродвигателем только части энергии ветрового напора, характеризуемой силой лобового сопротивления, действующей на лопасти.
Задачей изобретения является повышение эффективности работы ветродвигателя за счет дополнительной энергии ветрового напора, характеризуемой подъемной силой, также действующей на лопасти, а также снижения металлоемкости конструкции ветроустановки в целом.
Указанные задачи достигаются тем, что в ветродвигателе, содержащем закрепленную в основании неподвижную стойку, установленный на ней ротор, кинематически соединенный с электрогенератором, механизм ориентации лопастей в рабочее положение, центральный вал которого размещен в полом центральном валу ротора, также установленные на роторе в горизонтальной плоскости консоли, на каждом конце которых размещены вертикальные валы с установленными на их концах горизонтальными валами, на которых закреплены плоские лопасти, при этом лопасти установлены с возможностью вращения вокруг вертикальных валов против часовой стрелки при вращении ротора по часовой, при одновременном повороте вокруг собственных горизонтальных валов на пол-оборота за один оборот ротора, причем горизонтальные валы кинематически связаны с консолями с передаточным отношением 1-2, а сами вертикальные валы связаны кинематическими передачами, размещенными в полостях консолей, с центральным валом механизма ориентации с передаточным отношением 1-1, ротор установлен на стойке в установочном узле с возможностью совершать вращательные и продольные, вдоль своей оси, возвратно-поступательные движения, причем на роторе, в своем узле вращения, установлен один вертикальный вал лопастей с конструкционным смещением своей вертикальной оси вращения от вертикальной оси вращения вала ротора и связан кинематической передачей, также размещенной на роторе, с центральным валом механизма ориентации с передаточным отношением 1-1, а горизонтальный вал лопастей кинематически связан с ротором с передаточным отношением 1-2, при этом на роторе, с диаметрально-противоположной стороны относительно оси вращения ротора и вертикального вала лопастей, установлен груз-балансир, а на валу ротора размещено устройство разделения продольного возвратно-поступательного движения ротора от вращательного движения ротора, которое связано посредством дополнительного преобразователя энергии от продольных перемещений ротора с потребителем.
Кроме того, на стойке ветродвигателя установлен ограничитель продольных перемещений ротора с пружинными компенсаторами.
Также размещенные на стойке генератор-пусковое устройство и механизм ориентации лопастей установлены с возможностью в своих кинематических связях учитывать продольные перемещения ротора и центрального вала механизма ориентации соответственно, при этом кинематические связи выполнены в виде зубчатых зацеплений.
Приложенные чертежи изображают:
Фиг.1 - общий вид ветродвигателя,
Фиг.2-5 - схемы установки лопастей для различных положений ротора.
На чертежах и в материалах заявки обозначено:
1. лопасти ветродвигателя,
2. стойка ротора ветродвигателя,
3. центральный вал механизма ориентации,
4. ограничитель продольных перемещений ротора с пружинными компенсаторами,
5. устройство разделения возвратно-поступательного движения ротора от вращательного,
6. груз-балансир,
7. редуктор привода механизма ориентации к вертикальному валу лопастей,
8. кинематическое соединение механизма ориентации с центральным валом механизма ориентации,
9. механизм ориентации,
10. редуктор горизонтального вала лопастей,
11. горизонтальный вал лопастей,
12. вертикальный вал лопастей,
13. установочный вал лопастей,
14. ротор ветродвигателя,
15. вал ротора ветродвигателя,
16. установочный узел ротора,
17. кинематическое соединение вала ротора с генератором-пусковым устройством,
18. вал генератора,
19. генератор-пусковое устройство,
20. коромысло,
21. шток насоса,
22. насос.
Ветродвигатель работает следующим образом. Механизм ориентации лопастей в рабочее положение 9 фиксирует направление потока ветра и посредством кинематической передачи, состоящей из кинематического соединения 8, центрального вала механизма ориентации 3, редуктора привода 7, вертикального вала 12, а также установочного вала 13, редуктора горизонтального вала 10 и собственно горизонтального вала 11 с лопастями 1, устанавливает ветродвигатель в рабочее положение.
Затем пусковое устройство 19 посредством вала 18, кинематического соединения 17 раскручивает ветродвигатель. Причем лопасти 1 при каждом обороте ротора 14 поворачиваются вокруг собственной оси горизонтального вала 11 на пол-оборота при одновременном повороте вокруг оси вертикального вала 12 на оборот.
Инерционные силы ротора 14 с установленными на нем элементами ветродвигателя груза-балансира 6, редуктора привода 7, вертикального вала 12, горизонтального вала 11, установочного вала 13, редуктора 10, лопастей 1 и собственно силы напора ветра поддерживают вращение ротора.
При этом используется часть энергии ветрового напора, характеризуемая силой лобового сопротивления, действующая на лопасти 1 и получаемая потребителем посредством генератора 19.
При вращении ротора 14 происходит установка лопастей 1 под различные углы атаки к направлению ветра, а соответственно попеременное воздействие подъемных сил ветрового напора действующих на лопасти 1, как положительных, так и отрицательных значений (см. Фиг.2-5), что заставляет в свою очередь ротор 14 со своим валом 15 совершать продольные, вдоль своей оси, возвратно-поступательные движения.
Дополнительная энергия, получаемая от продольных перемещений вала ротора 15 и реализуемая (см. Фиг.1) на насосной установке 22, увеличивает эффективность ветродвигателя.
Отсутствие в конструкции ветродвигателя консолей снижает металлоемкость ветроустановки.
1. Ветродвигатель, содержащий закрепленную в основании неподвижную стойку, установленный на ней ротор, кинематически соединенный с электрогенератором, механизм ориентации лопастей в рабочее положение, центральный вал которого размещен в полом центральном валу ротора, также установленный на роторе вертикальный вал с установленным на его конце горизонтальным валом, на котором закреплены плоские лопасти, при этом лопасти установлены с возможностью вращения вокруг вертикального вала против часовой стрелки при вращении ротора по часовой, при одновременном повороте вокруг собственного горизонтального вала на пол-оборота за один оборот ротора, причем горизонтальный вал кинематически связан с ротором с передаточным отношением 1-2, а вертикальный вал связан кинематической передачей, размещенной на роторе, с центральным валом механизма ориентации с передаточным отношением 1-1, отличающийся тем, что ротор установлен на стойке в установочном узле с возможностью совершать вращательные и продольные, вдоль своей оси, возвратно-поступательные движения, причем вертикальный вал установлен на роторе в своем узле вращения с конструкционным смещением относительно вертикальной оси вращения вала ротора, при этом на роторе, с диаметрально противоположной стороны относительно оси вращения ротора и вертикального вала лопастей, установлен груз-балансир, а на валу ротора размещено устройство разделения продольного возвратно-поступательного движения ротора от вращательного движения ротора, которое связано посредством дополнительного преобразователя энергии от продольных перемещений ротора с потребителем.
2. Ветродвигатель по п.1, отличающийся тем, что на стойке установлен ограничитель продольных перемещений ротора с пружинными компенсаторами.
3. Ветродвигатель по п.1, отличающийся тем, что кинематические связи размещенных на стойке генератор-пускового устройства и механизма ориентации лопастей выполнены с возможностью продольного перемещения ротора и центрального вала механизма ориентации соответственно, при этом указанные кинематические связи выполнены в виде зубчатых зацеплений.
