Ветродвигатель с вертикальной осью вращения, ветродинамическим контуром и его гиревым регулятором, сопряжённым с полиспастно-протяжным устройством
Изобретение относится к области ветроэнергетики. Ветродвигатель с вертикальной осью вращения, ветродинамическим контуром и его гиревым регулятором, сопряженным с полиспастно-протяжным устройством, содержащий вращающуюся ветротурбину с вертикальной осью вращения. Вертикальная ось ветротурбины полая, имеет на нижнем торце крепежный фланец для стационарного базирования и через нее проходит полуось, имеющая шлицевой нижний конец, а верхний закреплен к корпусу ступицы для передачи вращения к преобразователю энергии. Ветродинамический контур установлен снаружи колеса ветротурбины и состоит из параллельно установленных неподвижных кольцевых дисков, нижнего и верхнего, между которыми в распор жестко рассредоточены вертикально трубчатые или стержневые опоры. Между дисками дистанцированно и зеркально расположены шарнирно лопасти контура, обладающие подъемной силой и обращенные своими острыми носками профиля к оси ветротурбины, на верхних плоскостях ребер жесткости, вблизи этих носков, установлены поводковые оси с подшипником на конце, которые заведены в поперечные отверстия зависающего на горизонтальных шкивах с тяговым шипом подвижного кольцевого диска, при круговом перемещении которого лопасти ветродинамического контура отклоняются в ту или иную стороны. Изобретение направлено на увеличение быстроходности ветротурбины. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.
Ветродвигатель с вертикальной осью вращения, ветродинамическим контуром и его гиревым регулятором, сопряженным с полиспастно-протяжным устройством.
Изобретение относится к области ветроэнергетики в частности к ветродвигателям, и может использовано для получения механической, тепловой и электрической энергии.
Известен (патент на изобретение №2264558, кл. F03D 3/04) ветродвигатель с регулируемыми ветронаправляющими экранами,в котором ветронаправляющие экраны в раме состоят из нескольких частей и выполнены раздвижными с возможностью принудительного изменения их ширины в зависимости от природной скорости ветра.
Недостатками указанного изобретения является то, что ветронаправляющие экраны состоят из нескольких взаимоподвижных частей, из-за чего теряется монолитность и, как следствие, их сложная киноматика не в пользу долговечности и может повышать шумность. К тому же они не обладают функцией ветродинамического тормоза, а это уже требуется отдельный тормозной механизм. Сами экраны в основном способствуют высвобождению объема воздуха, проходящего через турбину, способствуя более плавному ее вращению за счет перераспределения потока воздуха и его дробления (вращаясь вокруг турбины), потребляя при этом часть поступающей энергии ветра. Поэтому они малоэффективны и экономически нецелесообразны.
Целью изобретения является расширение возможностей в использовании ветродвигателя с различными преобразователями видов энергии от вращения, а также более рациональное устройство ступицы ветротурбины; одновременно беспрецедентное увеличение в разы быстроходности и всех сопутствующих характеристик ветротурбины с вертикальной осью вращения.
Указанная цель достигается тем, что ветродвигатель с вертикальной осью вращения, ветродинамическим контуром и его гиревым регулятором, сопряженным с полиспастно-протяжным устройством, содержащий вращающуюся ветротурбину с вертикальной осью вращения. что вертикальная ось ветротурбины полая, имеет на нижнем торце крепежный фланец для стационарного базирования и через нее проходит полуось, имеющая шлицевой нижний конец, а верхний закреплен к корпусу ступицы для передачи вращения к преобразователю энергии, и ветродвигатель, снаружи ветроколеса турбины установлен ветродинамический контур, состоящий из параллельно установленных неподвижных кольцевых дисков, нижнего и верхнего, между которыми в распор жестко рассредоточены вертикально трубчатые или стержневые опоры, между дисками дистанцированно и зеркально расположены шарнирно лопасти контура, обладающие подъемной силой и обращенные острыми носками профиля к оси ветротурбины, на верхних плоскостях ребер жесткости, вблизи этих носков, установлены поводковые оси с подшипником на конце, которые заведены в поперечные отверстия зависающего на горизонтальных шкивах с тяговым шипом подвижного кольцевого диска, при круговом перемещении которого лопасти ветродинамического контура отклоняются в ту или иную стороны, и ветродинамический контур полностью контролируется гиревым регулятором, сопряженным с полиспастно-протяжным устройством, как работа в авторежиме или принудительная остановка вращения ветротурбины, а также реверсирование хода.
На фиг. 1 изображен ветродинамический контур;
на фиг. 2 - диаметральный разрез ветродвигателя;
на фиг. 3 - вид сверху, вращение вправо;
на фиг. 4 - вид сверху, вращение влево;
на фиг. 5 - контур, вид сбоку.
Ветродвигатель содержит ветротурбину 1 с полой вертикальной осью 2 и фланцем 3 для стационарного крепления, полуось 4, лопасти 5, корпус ступицы 6, на которой крепление 7 полуоси. Вокруг ветротурбины расположен ветродинамический контур (фиг. 1, 2), состоящий из верхнего кольцевого подвижного диска 8 с поперечными рассредоточенными отверстиями 9, между приварными пластинами, и тяговым шипом 10, а сам диск опирается на горизонтальные шкивы 11 по всему кругу. Ниже по уровню расположен верхний неподвижный диск 12, состоящий из двух неравновеликих трубчатых колец 13 и 14, которые объединены наложенным снизу жестким соединением с опорными пластинами 15 в горизонтальной плоскости, такой же размерный диск 29 внизу под ним, но расположен зеркально. Эти диски разнесены параллельно по высоте с возможностью свободной установки между ними вертикально и шарнирно лопастей 16 контура. Сами диски жестко соединены между собой (в распор) вертикальными опорами 17. Нижний неподвижный кольцевой диск служит для стационарного базирования вокруг на уровне основания лопастей 5 ветротурбины 1. Лопасти 16 контура сверху на торцевой пластине 28 ребра жесткости имеют осевой выход шарнирного соединения 18 и возле ее острого носка вертикально установленные поводковые оси с подшипником 19 на концах, которые заведены для контакта в поперечные отверстия 9 верхнего подвижного кольцевого диска 8.
Горизонтальные шкивы 11, удерживающие этот диск, установлены на оси 20, закрепленные основанием к опорным пластинам 15 верхнего неподвижного кольцевого диска 12. Тяговый шип 10 снаружи соединен с двух сторон с тросом 21 полиспастно-протяжного устройства 1-3, состоящего из шкивов 22, установленных сверху в проушинах 23, шарнирно установленных на кронштейны 24, которые закреплены на междисковых вертикальных опорах 17; на трос в промежутке между верхним шкивом 11 и протяжным барабаном 25 подвешен определенный груз (гиря) 26, а сам барабан с несколькими витками троса 21 имеет привод 27 и должен обязательно иметь фиксатор.
Работа ветродинамического контура основана на захвате ветропотока, который приходится на его диаметральный габарит. Лопасти 16, подхватывая ветропоток, перенаправляют его по круговой орбите благодаря разнопеременным скоростям при обтекании плоскостей профиля (эффект подъемной силы). Поэтому ветропоток дальше и на большем участке движется ускоренно, описывает дугу и воздействует на лопасти 5 ветротурбины. Только проходя центр круга с противоположной стороны, объем воздуха начинает свободно покидать орбиту контура, а в закрытой (затененной части) даже возникает некоторое инжекционное разряжение, вызванное углами выставленных лопастей 16 и проходящим потоком воздуха снаружи. Все это относится к экспозиции, когда с помощью полиспастно-протяжного устройства все лопасти контура выставлены острыми носками своих профилей в сторону предназначенного вращения ветротурбины (по ходу) на 
относительно пунктирной линии радиусного луча, обозначенного на фиг. 1. В авторежиме, подчиняясь флюгерному эффекту лопасти 16, стараются изменить угол, но им постоянно противостоит подвешенный груз (гиря) 26, который в состоянии удерживать до определенной силы ветра, когда сила ветра "зашкаливает", то груз (гиря) приподнимается тросом через тяговый шип 10 подвижного диска 12, а "победившие" лопасти 16 изменят направление ветропотока к ветротурбине 1, тем самым ограничат ее быстроходность и, наоборот, возвратятся лопасти 16 на прежний угол при уменьшении силы ветра. Примечательно, что если лопасти 16 развернуть носками в противоположную сторону от радиусного луча на этот же угол, то получим реверсное вращение, но быстроходность ветротурбины 1 будет меньше на величину, которую достигает ветротурбина при работе в отсутствие ветродинамического контура.
Вообще, ветродинамический контур позволяет добиться, в зависимости от используемого вида профиля, его лопастей и величины трехкратного увеличения быстроходности ветротурбины, и это не предел; а увеличение количества лопастей ветротурбины в 1,5-2 раза от общепринятых норм значительно повышает силовой момент.
Если лопасти 16 ветродинамического контура выставлены острыми носками к центру (по радиусному лучу), а протяжной барабан застопорить, то ветротурбина 1 при любом ветре вращаться не будет, это свойство ее ветродинамического тормоза, которое имеет значение особенно при техобслуживании (см. фиг. 1), позволяет отказаться от отдельного тормозного устройства.
Источники информации
«Дом» 8.2001 «Роза на ветру», А.Плотников, г. Смоленск.
Влияние конструктивных параметров на характеристики вертикально-осевых ветроколес, Ю.В. Грахов.
Пособие по изготовлению ветроагрегатов, Литвиненко A.M.
А также патенты:
(19)RU(11) 128673(13) U1 (51)МПК F0D 3/00 (2006/01);
(19)SU(11) 1134771 A 4(51)F03D 3/04;
(19)RU(11) 2264558(13) С1 (51)МПК7 F03D 3/04.
1. Ветродвигатель с вертикальной осью вращения, ветродинамическим контуром и его гиревым регулятором, сопряженным с полиспастно-протяжным устройством, содержащий вращающуюся ветротурбину с вертикальной осью вращения, отличающийся тем, что вертикальная ось ветротурбины полая, имеет на нижнем торце крепежный фланец для стационарного базирования и через нее проходит полуось, имеющая шлицевой нижний конец, а верхний закреплен к корпусу ступицы, для передачи вращения к преобразователю энергии.
2. Ветродвигатель по п. 1, отличающийся тем, что снаружи ветроколеса турбины установлен ветродинамический контур, состоящий из параллельно установленных неподвижных кольцевых дисков, нижнего и верхнего, между которыми в распор жестко рассредоточены вертикально трубчатые или стержневые опоры; между дисками дистанцированно и зеркально расположены шарнирно лопасти контура, обладающие подъемной силой и обращенные своими острыми носками профиля к оси ветротурбины, на верхних плоскостях ребер жесткости, вблизи этих носков, установлены поводковые оси с подшипником на конце, которые заведены в поперечные отверстия зависающего на горизонтальных шкивах с тяговым шипом подвижного кольцевого диска, при круговом перемещении которого лопасти ветродинамического контура отклоняются в ту или иную стороны.
3. Ветродвигатель по п. 2, отличающийся тем, что ветродинамический контур полностью управляется гиревым регулятором, сопряженным с полиспастно-протяжным устройством, как при работе в авторежиме или принудительная остановка вращения ветротурбины, а также реверсирование хода.
