Пристрій для обмеження обертів пірамідального вітрового двигуна

Винахід відноситься до вітроенергетики і дозволяє підвищити надійність роботи вітродвигуна за рахунок пристрою обмеження оборотів його вала, і покликано доповнити два моїх же технічних рішення, спрямованих в УІПВ (UA №2003054162 за назвою «Пірамідальний вітряний двигун»), а також подана заявка за назвою «Пристрій гасіння струсів вітросилової установки», що разом із пропонованою заявкою вирішує задачі забезпечення працездатності і безпечної експлуатації вітросилової установки (ВСУ) на пірамідальному вітряному двигуні (ПВД). Укоренилася глибоко помилкова думка, що вітре двигуни з віссю обертання ротора перпендикулярної напрямку вітр у (карусельні і роторні вітродвигуни) не можуть конкурувати по одиничній потужності з вітродвигунами, вісь обертання яких збігається з напрямком вітру (криласи, пропелерні вітродвигуни). При цьому «указується» два їхніх принципових недоліки: тихохідність з великою питомою вагою і закритість ометаємої поверхні [1 - cтop.31-32]. І що найбільш погане - це думка обґрунтувалася у відповідних статтях енциклопедій. Помилковість полягає в тім, що в практичній, а не в експериментальній аеродинаміці, ми маємо справу з повітряним турбулентним потоком, а не з ламінарним як в аеродинамічних труба х. Одночасна ометаємість усіх лопат треба розглядати як дуже шкідливе явище. Від цих теоретичних посилок на практиці люди пішли по невірному шляху, тому що пропелерні вітряни двигуни самі у своєму конструктивному виконанні тихохідні, масивні як по розмірах, так і по вазі [2 - cтop.99]. Щоб якось компенсувати цю теорію винахідники зауважували невірність викладень і пропонували інженерні рішення, що підтверджують ії неправомочність [3]. Тут ми бачимо додатковий пристрій: інерційний акумулятор (маховик), що доводить, що вітряний двигун повинен бути важким, щоб його обороти були досить стабільними, тобто згладжувалася нерівномірність (поривчастість) вітрового потоку. Неважко побачити, що тут маховик кінематичне зв'язаний і в багато разів перевищує вагу самих лопат, тобто при інших рішеннях лопати повинні бути важкими, як у моєму ПВД. Винахід маховика зіграло значну роль у розвитку двигунів вн утрішнього згоряння [8 - стор.23]. А що стосується «зайвого» тертя в нижньому опорному підшипниковому блоці 23 (фіг.1), то конструктивно він повинний бути розрахований з гарним запасом міцності. Самі підшипники повинні бути не завзяті, а саме опорні, хоча у верхньому підшипниковому блоці вітродвигуна можуть використовуватися будь-які звичайні підшипники (кулькові, завзяті, конічні). Нерівномірність (поривчастість) вітру [4 - стор.47], змушувала новаторів шукати способи стабілізації частоти обертання вала вітродвигуна [5 - cтop.171-173]. Такі пристрої були винайдені [6, 7]. Однак вони застосовні у ВСУ з пропелерними вітродвигунами, а для ВСУ з вітряними двигунами, вісь яких перпендикулярна напрямку вітру, вони складні і малопридатні. Мені нічого: ні в результаті мого патентного пошуку у ВПТБ, ні в Російській державній бібліотеці (м. Москва), ні в бібліотеках України не удалося відшукати по цьому питанню. Виходить, таких розробок у світі немає за викладеними вище причинами. Задачею технічного рішення, що заявляється усунення недоліків, тим більше що воно значно простіше й ефективніше в експлуатації вищезгаданих винаходів [6, 7]. Задачою винаходу є: підвищення рівня працездатності і безпечної експлуатації, при одночасному спрощенні конструкції, із застосуванням уніфікованих деталей, вузлів автомобілів. Суть винаходу пояснюється на фігура х 1 і 2. Робітник ПВД 1 змонтований у прорізі консольної частини 2, що спирається на щоглу-опору 3, що, у свою чергу забезпечуються (фіксуються) пристроєм для гасіння струсів, коливань і вібрацій ВСУ. Воно складається: відтягнень 4 з натяжного 5 і що амортизує 6 тросів, нерухомих роликів 7, що стягають тросів 8, що закінчуються вантажними компенсаторами (на фіг. вони не показані). Пристрій для обмеження оборотів ротора ПВД складається з невеликого додаткових (сторожового) пірамідального вітряного двигуна 9 (у кілька разів меншого по габаритах робітника ПВД), що направляє 25, ролика 19, натяжного троса 20 із противагою 10, а також використовуються автомобільних деталей і вузлів 12 17, що входять у його гальмову систему для зниження його швидкості, зупинки й утримання (короткочасного) на місці. Додатковий (сторожовий) ПВД 9 - мій винахід і в даному випадку виконує чергову функцію. По конструкції він двох'яр усний із шістьма лопатами (три лопати на кожнім ярусі) через 60 градусів кожна щодо осі. Це ліквідує явище «мертвої крапки» при будь-якому напрямку вітру і при швидкості, починаючи з 17-19м/с [4 - стор.47] він повинний почати обмежувати обороти робітника ПВД 1 і всієї кінематичної системи ВСУ. Додатковий (сторожовий) ПВД 9 може бути змонтований як на верху ВСУ (фіг.1), так і внизу, на нижній площадці під робітником ПВД 1. У якості гальмуючого, обмежуючі обороти робітника ПВД 1 органа пропонується використовувати задній міст автомобіля. У залежності від потужності ВСУ вибирається і задній міст легкового чи вантажного автомобіля. Тільки треба зробити деякі конструктивні зміни. Одну піввісь разом із приналежним їй картером, диском і гальмовим блоком від’єднати і закріпити на фіг.1 п.14. Це і буде верхній підшипниковий блок 14, що повинний бути шарнірно з'єднаний з робітником ПВД 1 у його верхній частині. У нижній же його частині він повинний спиратися на самостійний підшипниковий вузол 23, через який пропущений вал, що закінчується унизу фланцем, за який, у свою чергу, приєднується фланець другої півосі колеса автомобільного заднього моста 15, а він карданною частиною 16 - до робочого органа 18 (насмокчу, генератору, трансмісії). Застосування тут заднього моста автомобіля дуже виправдано. Як відомо, вали, що приводять у рух колеса на автомобілі, розміщені стосовно його осі і до карданного вала під кутом 90 градусів [8 - стор.1, 115, 116]. А це нам і треба для передачі зусилля від вертикально працюючого ПВД 1 до горизонтально встановлених робочих органів 18 (насосам, генераторам і ін.). Головна передача, що входить у задній міст[8 - стор.136, 137], як правило, виконується із шестірень зі спеціальними зубами, що робиться для досягнення його безшумної і плавної роботи. Це також плюс: адже шум при роботі ВСУ повинний не перевищувати припустимої межі. Крім того, задній міст цілком може виконати функцію мультиплікатора: невеликі обороти вала 24 робітника ПВД 1 підвищити до номінальних оборотів робочого органа 18, щоб він, скажемо, міг качати чи воду виробляти електроенергію. Хоча, звичайно, промисловість повинна налагодити випуск спеціальних для цієї мети мультиплікаторів. А поки мною пропонується цей варіант. Тим більше в задніх мостів автомобілів є ще одна конструктивна особливість, дуже потрібна для нашого нововведення: колісний гальмовий механізм із гідравлічним приводом [8 - мал. 167, 169]. Принцип дії УОО ПВД ВСУ такий: Додатковий (сторожовий) ПВД 9 знаходиться в спокої поки напір і швидкість вітру не перевищує 15-16м/сек. Це забезпечується спеціально підібраною противагою 10, з'єднаним за допомогою троса 20, що проходить через напрямну 25 і блок 19 із ПВД 9, що зображені на фіг.2. Якщо швидкість вітру почне перевищувати 15-16м/сек., то ПВД 9 почне, з одного боку, захоплювати нагору противага 10, а з іншого боку - за допомогою троса 11 через напрямну 26, надасть руху педалі 12, що натисне на шток головного гальмового циліндра 13, унаслідок чого тиск рідини в циліндрі збільшиться і вона надійде по трубопроводах до гальмових механізмів 21, 22. Так виконується задача пригальмування, обмеження оборотів ПВД ВСУ: чим більше шквальний вітер, тим з великим зусиллям будуть гальмові колодки давити на гальмові диски гальмових механізмів 21, 22. При цьому робочі органи зможуть продовжувати працювати без погрози яких-небудь ушкоджень, тобто у своєму номінальному режимі. Зупинятися особливо робітнику ПВД 1 також не можна, тому що вітровий напір напевно перевищить припустимі межі, наступить резонанс і ВСУ почне руйнуватися. У будь-якому випадку, ПВД 1 від цього повинний увалювати (іти, тобто робити припустимі обороти). Порівняно легко зважується проблема зупинки ВСУ при її ремонті й обслуговуванні. Для цього досить легкою ручною лебідкою 30, надати руху тросу 27, що через ролики 29, 28 і напрямну 26 натисне на поршень гальмового циліндра 13, а він, у кінцевому рахунку, надасть руху гальмовим механізмам 21, 22, тобто ВСУ буде зупинена, що створить можливість доступу до її вузлів і агрегатів. Таким чином, створений компактний, простий і дешевий пристрій автоматичного обмеження оборотів (частоти обертання) ротора ПВД ВСУ. Без цього пристрою працездатність ПВД буде дуже обмежена. Зокрема, в опорному підшипниковому вузлі сепаратори підшипників будуть швидко зношуватися, а сама експлуатація ВСУ, через ймовірний резонанс, буде дуже небезпечною. Прикладені джерела інформації: 1. Навчальний посібник, автор Фатеев Е.М. «Вітродвигуни і їхнє застосування в сільському господарстві» М., 1962р. 2. «Енергія вітру» М., 1982р. 3. Опис винаходу SU №1195043. 4. Шефтер Я.И. і ін. « Монтаж, експлуатація і ремонт вітроустановок» М., 1960р. 5. Шефтер Я. И. «Вітроенергетичні агрегати» М., 1972р. 6. Опис винаходу RU №2059109. 7. Опис винаходу SU №1370296. 8. Підручник водія, автор Камисский B.C. і інші, «Автомобіль категорії З», М., 1988 рік. 9. Эллиот Л. і Уилкокс У. «Фізика», М.,1963 рік.