Вітродвигун

Ветродвигатель, содержащий вертикальный вал и закрепленный на нем пусковой ротор с подвижными лопастями, выполненными в виде криволинейных пластин с механизмом перемещения их в радиальном направлении при помощи пружин различной жесткости, отличающийся тем, что механизм радиального перемещения лопастей, встроенный между лопастями и вертикальным валом, выполнен в виде рычагов по числу рабочих лопастей, каждый из которых повторно установлен на горизонтальной оси силового кронштейна, причем один конец его связан с лопастью, а другой через проушину — с вертикальным валом и оснащен закрепленными на нем грузом и пружиной, связанной с опорой, расположенной на валу. Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано в ветродвигателях с вертикальной осью вращения, в частности, в ветродвигателях, с постоянной частотой вращения вала при различной скорости ветра. Наиболее близким к заявляемому изобретению является техническое решение ветродвигателя, в котором для запуска и ступенчатого регулирования частоты вращения на ветротурбине установлено два пусковых ротора, расположенных на валу над и под рабочими лопастями, при этом каждый ротор выполнен в виде упоров и двух криволинейных пластин, снабженных грузами, установленными с возможностью поворота на диаметрально противоположных шарнирах при помощи пружин различной жесткости и взаимодействующих с упорами, причем шарниры пластин роторов расположены взаимоперпендикулярно. К недостаткам этого технического решения следует отнести то, что технический результат, состоящий в обеспечении постоянства частоты вращения вертикального вала получить невозможно; техническое решение может обеспечить только ступенчатое регулирование путем подтормаживания ветроколеса при максимальных скоростях ветра за счет разведения криволинейных пластин, в результате чего они оказывают тормозное сопротивление ветротурбины и ограничивают максимальную критическую частоту вращения, спасая ветротурбину от разрушения. Это техническое решение может служить в качестве прототипа и базового объекта для заявляемого изобретения. Задачей данного изобретения является обеспечение при различных скоростях ветра постоян ства частоты вращения вала ветротурбины при повышенном КПД. В основу изобретения поставлена задача усовершенствования ветродвигателя путем обеспечения постоянства частоты вращения вертикального вала при различной скорости ветра, что обеспечивает его оптимальную работу по генерированию электроэнергии при повышенном КПД. Применение рабочих лопастей, расположенных на силовых кронштейнах и имеющих возможность радиального перемещения при практически автоматическом регулировании, позволяет иметь ветродвигатель, главным достоинством которого является постоянство угловой частоты вращения вала ветротурбины ш при различных диаметрах ветротурбины и различных скоростях ветра w. С валом ветродвигателя соединен электрогенератор, то есть ветротурбина одновременно является и вариатором скорости вращения и, следовательно, не требуется механический вариатор Приведенный аналог и прототип не обладают этим свойством, так как не обеспечивает требуемый технический результат по постоянству частоты вращения вала, при различных скоростях ветра w. Постоянство частоты вращения вала необходимо для гарантированного генерирования электрогенератором, связанным с валом ветродвигателя, электроэнергии со стандартными параметрами по частоте и напряжению. Поставленная задача обеспечивается тем, что ветродвигатель, содержащий вертикальный вал и закрепленные на нем пусковой ротор с подвижными лопастями, выполненными в виде криволинейных пластин с механизмом перемещения в радиальном направлении при помощи пружин раз см О Ю 00 СМ 27857 личной жесткости, согласно изобретению, механизм радиального размещения лопастей, встроенный между ними и вертикальным валом, в виде рычагов по числу рабочих лопастей, каждый из которых повторно установлен на горизонтальной оси силового кронштейна, причем один конец его связан с лопастью, а другой через проушину - с вертикальным валом и оснащен закрепленными на нем грузом и пружиной, связанной с опорой, расположенной на валу. На фиг. 1 представлен общий вид ветродвигателя с радиальным перемещением лопастей; на фиг. 2 представлен механизм для автоматического регулирования радиального крепления лопастей в процессе регулирования частоты вращения вала; на фиг 3 изображен вид сверху (по стрелке А) ветродвигателя, указывающий на три положения лопастей в процессе автоматического регулирования. Ветродвигатель содержит три рабочие допасти 1, имеющие в сечении крыловидные профили с закрылками 2. Лопасти 1 закреплены на силовых кронтштейнах 3, которые при помощи муфты 4 посажены на вертикальном валу. Лопасть 1 ветротурбины выполнена с возможностью перемещения вдоль кронштейна 3 (например, в продольном пазе) в радиальном направлении в горизонтальной плоскости при помощи рычага 6, размещенного на серге 7; рачаг имеет возможность поворота относительно оси 8. На вал 5 посажена опора 9, в отверстиях которой закреплены пружина 10 регулятора, пружины с грузом 11, насаженным на рычаг 6, который другим концом связан с лопастью 1 при помощи шарнира 12. На конце вала 5 установлен генератор 13. Работает ветродвигатель следующим образом. При установившейся скорости вращения наружный диаметр ветродвигателя остается постоянным и равным 2R, так как центробежные силы, создаваемые лопастями 1, уравновешиваются центробежной силой груза 11 и силой натяжения пружины 10. При изменении угловой части вращения ш за счет изменения скорости ветра w груз 11, перемещаясь под действием центробежных сил, поворачивает рычаг 6 и сдвигает лопасть 1 по пазам в кронштейне 3 (фиг. 2), что изменяет наружный диаметр ветротурбины и сохраняет постоянной его частоту ы =const вращения вала 5, с которым соединен электрогенератор 13 мультипликатором (условно на чертеже фиг. 2 не показан). Проиллюстрируем на примере. Линейная окружная скорость вращения по кромкам рабочих колес и= со R . В моменты 1 и 2, когда скорость ветра wi>W2 имеем Ui = = со i R 1 ; U 2 CO2R2» откуда Rx K2 то есть ul*u2;ul>u2;wl=w1i =— Пусть какой-то момент времени, когда w, м/с угловая частота вращения оси 2 была номинальной (си-іном), линейная скорость по кромкам рабочих колес равнялась (UI HO M), а расстояние этих кромок до оси 2 радиусу Ri. Под действием силы ветра wi частота вращения вала 2 увеличилась, например в 2 раза, и стала равна 2 іо-іном, тогда во столько же раз возрасла и линейная скорость рабочих лопастей (2ui) ,так как они связаны линейной зависимостью и расстояние Ri возросло в 2 раза, т.е. 2м и, __Г!*| - и. _ "1 L 2RX — = const Следовательно, частота вращения сохраняется постоянной при изменении скорости ветра w . Характер перемещения лопастей в горизонтальной плоскости показан на фиг. 3, где начальное положение лопасти 1 при средней расчетной скорости ветра w c p расч обозначено римской цифрой I (СПЛОШНЫе ЛИНИИ), При бОЛЬШОЙ W>WcpPac4ЦИфрОЙ II, ПрИ W>WcpPac4 ЦИфрОЙ III (НЭ фИГ. 3 УЗЛЫ соединения лопасти 1 с кронштейнами 3 условно не показаны - пунктирные линии). Как видно, лопасти 1 от начального (расчетного) положения при изменении скорости ветра w перемещаются в горизонтальной плоскости параллельно самим себе (эквидистантно) - или в сторону вала (при w>Wcp расч), или в противоположную СТОрОНу (W>WCP расч )• При ЭТОМ МЄНЯЄТСЯ диаметр рабочего колеса ветротурбины, а частота вращения вала сохраняется номинальной (ni=n 2 ). Таким образом, предлагаемое устройство при сравнительно простой конструкции решает поставленную задачу, что обеспечивает оптимальные условия работы ветродвигателя и по генерированию электроэнергии с постоянной частотой и напряжением с повышенным КПД. I, миф 'РІГ» ш& г пр бо dcuag 19Ш 27857 Фиг 3 ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Бульв. Лесі Українки, 26, Київ, 01133, Україна (044)254-42-30,295-61-97 2001 р. Формат 60x84 1/8. Підписано до друку Обсяг О (/ обл -вид арк. Тираж 50 прим. Зам. УкрІНТЕІ Вул Горького, 180, Київ, 03680 МСП, Україна (044) 268-25-22