Роторний вітродвигун

1. Роторний вітродвигун, що містить вертикальний вал, на обох кінцях якого рівномірно по колу розташовані радіальні кронштейни, кінці яких скріплені між собою горизонтальними зовнішніми кільцями і осьовими вертикальними зовнішніми стрижнями, до осьових стержнів закріплені лопаті, на кронштейнах розміщені внутрішні обмежувальні 3 25604 вого двигуна і гарантува ти повернення його лопатей у попереднє робоче положення без зміни напряму обертання ротора. Крім того, при умові нормальної роботи вітряка, лопаті, що знаходяться у профілюючому положенні з-під вітряної сторони, затіняють собою інші лопаті, що теж зменшує ККД вітроагрегату і приводить до нераціонального використання матеріалів, витрачених на виготовлення лопатей. В основу запропонованого технічного рішення була поставлена задача підвищити надійність конструкції роторного вітродвигуна, а також оптимізувати її роботу в умовах приземних поривчатих вітрових потоків шляхом двостороннього обмеження повороту лопатей. Поставлена задача вирішена тим, що в роторному вітродвигуні, який містить вертикальний вал, на обох кінцях якого рівномірно по колу розташовані радіальні кронштейни, кінці яких скріплені між собою горизонтальними зовнішніми кільцями і осьовими вертикальними зовнішніми стрижнями, до осьових стрижнів закріплені лопаті, на кронштейнах розміщені внутрішні обмежувальні елементи, виконані у вигляді вертикальних вн утрішніх стрижнів, згідно запропонованого рішення встановлені зовнішні обмежувальні елементи, виконані у вигляді додаткових вертикальних стрижнів, розташованих між горизонтальними кільцями на відстані від осьових вертикальних зовнішніх стрижнів, що забезпечує відхилення лопаті на кут не більший за 90° від робочого положення, причому кожна лопать виконана дугоподібною і оснащена гнучким елементом, один кінець якого закріплений на кронштейні, а другий - на лопаті. В конкретному випадку гнучкі елементи виконані у вигляді пружин, надітих на осьові зовнішні вертикальні стрижні. Технічний результат полягає у підвищенні ККД та стабільності роботи вітродвигуна за умови автономної роботи при поривчатих приземних потоків повітряних мас. Це досягається тим, що кут обертання лопатей ротора при повертанні обмежується кутом 90° до профілюючого положення завдяки попарно і симетрично розташованим внутрішнім та додатковим зовнішнім стрижням. На Фіг.1 і Фіг.2 схематично представлений запропонований роторний вітродвигун. Ротор вітродвигуна складається з вертикального вала 1, до обох кінців якого рівномірно по колу і симетрично прикріплені радіальні кронштейни 2, з'єднані між собою вертикальними внутрішніми стрижнями 3 та зовнішніми осьовими стрижнями 4, до яких прикріплені дугоподібні лопаті 5. Кінці верхніх та нижніх радіальних кронштейнів 2, скріплені горизонтальними зовнішніми кільцями 6, між якими розташовані вертикальні обмежувальні зовнішні стрижні 7. На осьовий зовнішній вертикальний стержень 4 надітий гнучкий елемент - пружина 8, один кінець якого закріплений на кронштейні 2, а другий - на лопаті 5. Радіальні кронштейни 2, що жорстко прикріплені до вала 1, разом із горизонтальними кільцями 6 та вертикальними стрижнями 3, 4, 7, укріплюють конструкцію і забезпечують механічну надійність вітрового колеса. Додаткові зовнішні вертикальні 4 стрижні 7, які закріплені між кільцями 6, разом із внутрішніми вертикальними стрижнями 3, які кріпляться до кронштейнів, обмежують кут обертання лопатей 5 від 0° до 90°, що дозволяє уникнути збоїв внаслідок дії відцентрової сили. Крім того додаткові зовнішні вертикальні стрижні 7 дозволяють зменшити навантаження на вісь лопатей - осьові вертикальні стрижні 4, які шарнірно з'єднані з кронштейнами 2, за рахунок чого підвищується надійність та довговічність рухомих кріплень. Чотири лопаті 5 являють собою цільні конструкції, оснащені трьома ребрами жорсткості по їх периметру, і виконані в формі дугоподібної поверхні. Це дозволяє покращити аеродинамічні властивості лопатей, а саме, обтікання вітровим потоком і стійкість при великій швидкості вітру. Запропонований вітродвигун працює слідуючим чином. Під дією вітру одна із чотирьох лопатей 5 у робочому (профільному) положенні притискається до вертикального внутрішнього стрижня 3 і захоплює вітровий потік, утворюючи обертовий момент ротора. В той же час інша лопать на протилежному кінці кронштейна 2 під дією зустрічного потоку на неробочу сторону поверхні відкривається, повертаючись навколо осьового стрижня 4 в напрямку від стрижня 3 до обмежувального стрижня 7, і займає неробоче флюгерне положення з мінімальним аеродинамічним опором. Обмежувальний стержень 7 не дозволяє лопаті 5 відкриватись більше, ніж на кут 90°, і створювати опір обертанню ротора. Продовжуючи обертатись, ця ж лопать 5 захоплює вітер вже з робочого боку поверхні і підсилена дією пружини 8 повертається в робоче положення, притискаючись до стрижня 3. Пружина 8 згладжує різкі поривчаті повороти і протидіє відцентровій силі, яка розвертає лопать 5. Крім того, у випадку, коли вітер припиняється, лопаті 5 під дією сили пружності розтягнутої пружини 8 повертаються у початкове положення, що підвищує ефективність роботи при поривчатих вітрах. Пружини 8 виконують стабілізуючу функцію при зміні положення крила у процесі роботи, а також сприяють повертанню лопаті 5 у початкове робоче положення, що і дозволяє ефективно працювати при поривчатих вітрах. Після повороту ротора вітродвигуна на 180° лопаті змінюються місцями і функціями, завдяки чому зберігається орієнтація обертового моменту. Аналогічним чином працюють і друга пара лопатей. В процесі обертання досягається максимальне використання роботи поверхонь, так як лопаті не закривають одна одну. Таким чином, оригінальність запропонованої конструкції роторного вітродвигуна полягає в ефективному використанні площі робочих поверхонь лопатей за рахунок механічного регулювання виходу з-під вітрового потоку лопаті, що протидіє обертанню ротора. На базі даного вітрового двигуна розроблена конструкція і створено експериментальний зразок дешевої автономної та малопотужної вертикально осьової вітроустановки для задоволення потреб дрібних споживачів електричної енергії. 5 Комп’ютерна в ерстка Н. Лисенко 25604 6 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601