Вітродвигун

1 Вітродвигун, що містить в собі напрямні, ведучі зірочки, ведучий вал з механічним гальмом і його приводом, ведені зірочки, ведений вал, замкнуті гнучкі передачі, що з'єднують зірочки між собою, лопаті на осях, паралельних до осей симетрії валів, ролики, який відрізняється тим, що ведучий вал обладнаний автоматичним пристроєм його зупинки при досягненні максимальної швидкості обертання у вигляді датчика кутової швид кості, електрично зв язаного з приводом механічного гальма, лопаті виконані у вигляді частин, закріплених на осях, які одними кінцями рівномірно, шарнірно і за допомогою пристроїв повороту в обох напрямках прикріплені до замкнутої гнучкої передачі, а другими за допомогою роликів спираються на напрямні, причому осі лопатей перпендикулярні до осей симетрії валів 2 Вітродвигун за п 1, який відрізняється тим, що частини лопатей, ближчі до замкнутої гнучкої передачі, жорстко прикріплені до осей, а ІНШІ частини лопастей закріплені на осях шарнірно і обладнані фіксаторами свого знаходження для об'єднання частин лопатей в суцільні лопаті на прямолінійних ділянках траєкторії руху лопатей Винахід відноситься до вітроенергетики, а саме до вітродвигунів, які призначені для перетворення енергії вітру в ІНШІ види енергії /наприклад, механічну, електричну, та ш / Відомий вітродвигун, який містить башту з вітроколесами, що змонтовані концентричне на валах і мають в собі рівномірно розміщені по колу лопасті /АС СРСР №1078120, MI1KF03D1/00, опубл Бюлетень №9 від 07 03 84р / Недоліком цього винаходу є те, що описаний вітродвигун перетворює енергію вітру лише в площині обертання його вітроколіс, яка обмежена колом зовнішнього діаметра найбільшого вітроколеса, що зумовлює невисоку потужність вітродвигуна Найбільш близьким по технічній суті є вітродвигун, який містить закріплені на рамі з флюгером два паралельних вали, обладнані зірочками, що попарно з'єднані замкнутими ланцюгами, на яких закріплені на осях лопасті з роликами /А С СРСР №1318720, МПК F03D5/02, опубл Бюлетень №23 від 23 06 87р / Цей вітродвигун працює за рахунок того, що рама при допомозі флюгера орієнтується в напрямі вітру так, що лопасті на активній частині траєкторії свого руху орієнтовані проти вітру під оптимальними кутами, а на пасивній частині орієнтовані своїми площинами паралельно напряму вітру і під дією вітру лопасті рухаються по за мкнутій траєкторії, рухаючи замкнуті ланцюги і зв'язані з ними зірочки і вали вітродвигуна Енергію вітру під час роботи цього вітродвигуна сприймає лише половина його лопастей, а інша половина лопастей орієнтована паралельно напряму вітру і в сприйманні і перетворенні енергії вітру участі не приймає, що обумовлює невисоку потужність цього вітродвигуна Також в описаному винаході не вирішений захист вітродвигуна від руйнівної дії шквалистих поривів вітру і ураганного вітру В основу винаходу поставлено задачу підвищення потужності вітродвигуна за рахунок використання всіх його лопастей для сприймання енергії вітру, а також захист вітродвигуна від дії шквалистих поривів вітру і ураганного вітру Поставлена задача вирішується тим, що вітродвигун, який містить в собі напрямні, ведучу зірочку, ведучий вал з механічним гальмом і приводом, ведену зірочку, ведений вал, замкнуті гнучкі передачі, що з'єднують зірочки і вали між собою, лопасті на осях, паралельних до осей симетрії валів, ролики, згідно з винаходом ведучий вал обладнано автоматичним пристроєм його зупинки при досягненні ним максимальної швидкості обертання у вигляді датчика кругової швидкості, електричне зв'язаного з приводом механічного гальма лопасті виконані у вигляді частин, закріплених на осях, які одними кінцями рівномірно, шарнірно і за О 00 ^ о ю 50480 допомогою пристроїв повороту в обох напрямках прикріплені до замкнутої гнучкої передачі, а другими при допомозі роликів спираються на напрямні, причому осі лопастей перпендикулярні до осей симетрії валів , частини лопастей, ближче до замкнутої гнучкої передачі, жорстко прикріплені до осей, а ІНШІ частини лоластей закріплені на осях шарнірно і обладнані фіксаторами свого знаходження для об'єднання частин лопастей в суцільні лопасті на прямолінійних частинах руху лопастей Технічним результатом винаходу є те, що конструкція вітродвигуна забезпечує вирішення поставленої задачі, тобто використання всіх лопастей вітродвигуна для перетворення енергії вітру підвищує потужність вітродвигуна, а застосування пристроїв повороту лопастей в їх кріпленні до замкнутої гнучкої передачі і автоматичного пристрою зупинки ведучого валу при досягненні ним максимальної швидкості обертання забезпечує захист вітродвигуна від руйнівної дії шквалистих поривів вітру і ураганного вітру Використання пристроїв повороту лопастей для їх кріплення до замкнутої гнучкої передачі у вигляді пружних елементів дозволяє автоматично регулювати кути установки лопастей вітродвигуна до напряму вітру в залежності від сили тиску вітру на лопасті, що дає можливість використовувати винахід в широкому діапазоні швидкостей вітру Використання замкнутої гнучкої передачі у вигляді замкнутого ланцюга дає можливість використати більшу КІЛЬКІСТЬ лопастей, а також підвищити ефективність використання ними енергії вітру за рахунок їх руху переважно на прямолінійних частинах траєкторії руху Виконання лопастей вітродвигуна у вигляді окремих частин дозволяє зменшити втрати потужності вітродвигуна від шкідливої дії аеродинамічних сил на лопасті вітродвигуна на криволінійних частинах траєкторії їх руху Суть винаходу проілюстровано графічним матеріалом На фіг 1 показаний вітродвигун, вид збоку, на фіг 2 - те ж, вид зверху, на фіг 3 - схема дії сил на лопасть вітродвигуна, на фіг 4 схематично показано кріплення осі лопасті вітродвигуна до ланки замкнутого ланцюга Вітродвигун /фіг 1, Фіг 2/ містить башту 1, нижня частина якої закріплена в фундаменті на ґрунті, а верхня при допомозі розтяжок 2 додатково прикріплена до ґрунту, забезпечуючи жорсткість башти 1, на верхній частині якої змонтовано нерухомий майданчик 3, на який встановлений поворотний майданчик 4, до якого прикріплені опори 5 На верхніх частинах опор 5 в підшипниках 6 встановлені ведучий вал 7 і ведений вал 8 Нижні КІНЦІ опор 5, на яких встановлено ведений вал 8, з'єднані з натяжними пристроями 9 До ведучого валу 7 прикріплена ведуча зірочка 10, пристрій відведення енергії вітру 11 /наприклад генератор електричної енергії/ і механічне гальмо 12 з ручним і автоматичним приводом /на графічній частині не показано/ Автоматичний привід механічного гальма 12 електричне зв'язаний з датчиком кутової швидкості 13 ведучого валу 7 До веденого валу 8 прикріплена ведена зірочка 14 До поворотного майданчика 4 прикріплено підйомний пристрій 15 Ведуча зірочка 10 і ведена зірочка 14 з'єднані між собою замкнутим ланцюгом 16 з опо рними роликами 17, закріпленими на кінцях осей, що з'єднують ланки 18 замкнутого ланцюга 16 До ланок 18 замкнутого ланцюга 16 прикріплені пружні елементи 19, з'єднані з одними кінцями осей 20 На других кінцях осей 20 встановлено ролики 21, що опираються на зовнішню вертикальну напрямну 22 До ланок 18 замкнутого ланцюга 16 /фіг 4/, на яких прикріплено КІНЦІ осей 20, також прикріплені на вертикальних осях, які паралельні осям 20, ролики 23, що опираються на внутрішню вертикальну напрямну 24 Опорні ролики 17 замкнутого ланцюга 16 знаходяться між горизонтальними напрямними 25, які можуть бути, наприклад, виконані у формі канавки з двома горизонтальними поверхнями, що виконуватимуть функцій горизонтальних напрямних 25 До осей 20 асиметрично прикріплені лапасті 26, які мають криловидну форму /фіг 2, фіг 3/, причому плоскі поверхні лопастей 26 знаходяться під гострими кутами /кутами а/ до напряму вітру, а протилежні поверхні лопастей 26 являються опуклими На фіг 3 показана схема дм сил на лопасть 26, де цт - центр тиску лопасті 26, Q - сила тиску вітру, У - обертаюча сила, R - результуюча сили тиску вітру і обертаючої сили, а - кут установки плоскої поверхні лопасті 26 до напряму вітру Зовнішня вертикальна напрямна 22, внутрішня вертикальна напрямна 24 і горизонтальні напрямні 25 при допомозі жорстких елементів кріплення жорстко прикріплені до поворотного майданчика 4 /на фіг 1,2, не показано/ Кожна лопасть 26 складається з частин 27, виконаних поворотно одна відносно другої Частини 27 кожної лопасті 26, які розміщені ближче до пружних елементів 19, жорстко прикріплені до ВІДПОВІДНИХ осей 20 Інші частини 27 лопастей 26 обладнані фіксаторами 28 До зовнішньої вертикальної напрямної 22 жорстко прикріплені флюгери 29 Вітродвигун працює таким чином Механічне гальмо 12 фіксує ведучий вал нерухомо Всі елементи вітродвигуна нерухомі Вітер, діючи на флюгери 27, повертає поворотний майданчик 4, а разом з ним і всі елементи вітродвигуна, які закріплені на ньому, проти вітру Механік, який обслуговує вітродвигун, при допомозі підйомного пристрою 13 піднімається на поворотний майданчик 4 башти 1 і при допомозі ручного приводу виключає механічне гальмо 12 Вітер діє на всі лопасті 26, на яких виникає обертаюча сила у, що, передаючись через замкнутий ланцюг 16, ведучу зірочку 10, ведучий вал 7 на пристрій відведення енергії вітру 11 і перемагаючи тертя спокою цих елементів, починає їх рухати Таким чином лопасті 26 починають рухатись разом із замкнутим ланцюгом 16 по замкнутій траєкторії, обертаючи ведучу зірочку 10 і зв'язаний з нею ведучий вал 7, і передаючи обертаючий момент, викликаний обертаючою силову, на пристрій відведення енергії вітру 11, причому ведена зірочка 14 і зв'язаний з нею ведений вал 8 виконують функцію натяжного пристрою разом з натяжними пристроями 9 Після ТОГО, ЯК ведучий вал 7 досягне необхідної кутової швидкості, датчик кутової швидкості 13 дає сигнал на початок відведення енергії 50480 вітру з пристрою відведення енергії вітру 11 на споживач, цієї енергії Для опису роботи лопастей 26 наводиться таке пояснення Частини 27 лопастей 26 які рухаються до прямолінійних частинах траєкторії їх руху і як, обладнані Флатерами 28 під дією сили тиску вітру Q і за рахунок асиметри їх кртлення /фіг 3/ опираються фіксаторами 28 на краї плоских поверхонь лопастей 26 в такому порядку спочатку та частина 27 лопасті 26 яка знаходиться ближче до частини 27 лопаст, 26, жорстко прикріплено, до ос, 20, опирається Ф у т о р о м 28 на плоску поверхню частини 27 лопасті 26, жорстко прикріпленої до осі 20, потім наступна частина 27 лопасті 26 на плоску поверхню вищезгаданої і т д В описаному випадку частини 27 лопастей 26 складають власне єдину лопасть 26 На криволінійних ділянках траєкторії руху лопастей 26 лінійна швидкість тих частин 27 лопастей 26, які знаходять дальше від осей обертання ведучої зірочки 10 і веденої зірочки 14 збільшується по мірі їх віддалення від згаданих осей обертання на величину, відповідну величин, їх віддалення від цих осей обертання І якби лопасть 26 не була поділена на частини 27, то КІНЦІ лопастей 26, ль нійна швидкість яких була б більшою, працювали б як лопасті гвинта, збільшуючи швидкість вітру за ними тобто поглинали б знову уже перетворену в механічну енергію вітру Таким чином аеродинамь чні сили вітру відхиляють частини 27 лопастей 26 в напрямі вітру на різні кути а, забезпечуючи найменшу величину їх лобового опору Після виходу лопастей 26 на прямолінійну ділянку траєкторії їх руху ЛІНІЙНІ швидкості частин 27 лопастей 26 урів нюються 1 частини 27 лопастей 26 відхиляються в протилежному напрямку і знову утворюють єдину Л 0 П При зменшенні швидкості вітру, його сила тиску Q що діє на лопасті 26, також зменшується, що викликає під дією пружних елементів 19 поворот лопастей 26 і збільшення кута а При збільшенні швидкості вітру збільшена сила тиску вітру Q, Діючи через лопасті 26 і осі 20 на пружні елементи 19, перемагай силу пружності пружних елементів 19 і зменшує кут а установки лопастей 26 до напрямку вітру, пропускаючи основну масу рухомого повітря /вітру/ між лопастями 26 При збільшенні швидкості вітру, яка перевищує розрахункову для вітродвигуна, спрацьовує датчик кутової швидкості 13 і за допомогою автоматичного приводу механічного гальма 12 включає механічне гальмо 12 , вітродвигун зупиняється При шквалистому пориві вітру сила тиску вітру Q що діє на лопасті 26 різко збільшується перемагає силу пружності пружних елементів 19 і відхиляє лопасті 26, зменшуючи кут а і, пропускаючи вітер між відхиленими лопастями 26 вітродвигуна Підчас роботи вітродвигуна на лопасті 2Ь діє згинаючий момент, викликаний дією обертаюча сили У який сприймається і врівноважується роликами' 17, розміщеними між горизонтальними напрямними 25 Ролики 23 так як і ролики 21 сприймають силу тиску вітру Q від лопастей 2Є і передають її на внутрішню вертикальну напрямну 24 і зовнішню вертикальну напрямну 22 ВІДПОВІДНО 50480 Фіг З ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна ( 0 4 4 ) 4 5 6 - 2 0 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71