Вітровий двигун

Вітровий двигун, що складається з опори, горизонтально розташованого вала, який встановлений на підшипниках, закріплених на опорі, і має змогу обертатися навколо своєї повздовжньої осі та повертатися навколо опори, лопатей, що симе Корисна модель відноситься до галузі вітрової енергетики, а саме до виробництва вітроенергетичних агрегатів. Відомий вітродвигун [Большая советская энциклопедия в 30-ти т. М.: Советская энциклопедия, т.4, 1971, 600с, С.589], що складається з опори, вертикально розташованого вала (вітродвигун із вертикальною віссю обертання), який встановлений на підшипниках, закріплених на опорі, на якому симетрично розташовані лопаті, що обертаються разом із валом навколо вертикальної осі. Лопаті виготовлені суцільними з легкого матеріалу (алюміній, дюраль, пластмаса тощо). Обертання вітродвигуна відбувається за рахунок того, що в будь-який момент часу опір повітряному потоку з різного боку лопатей відрізняється завдяки аеродинамічним властивостям лопаті, що має певну форму. Недоліками вітродвигуна з вертикальною віссю обертання, є: наявність опору обертанню з боку тих лопатей, які рухаються у певний період часу проти вітру; низький коефіцієнт використання енергії вітрового потоку (-0,25); складність здійснення стабілізації частоти обертання вітродвигуна при зміні швидкості вітру; складність забезпечення гальмування вітродвигуна при швидкостях вітру, більших за критичне значення (25-ьЗОм/с). трично розміщені на валу, та механізму автоматичної стабілізації частоти обертання, який відрізняється тим, що кожна лопать складається з двох штанг, одна з яких жорстко закріплена на валу, а друга - на підружиненій втулці, що насаджена на вал і має змогу повертатися навколо нього на деякий кут, і гнучкої обшивки, що розтягнута між штангами за допомогою системи пружин, а механізм автоматичної стабілізації частоти обертання вітродвигуна складається з підпружиненої втулки з фігурним пазом, в якому переміщується жорстко закріплений на валу палець. Спільними ознаками із заявленим рішенням є наявність: вала, двох або більше лопатей, симетрично розташованих на валу. Відомий також вітродвигун [Шевтер Я. И. Ветроэнергетические агрегаты. М.: Машиностроение, 1972, 386с], що складається з опори, горизонтально розташованого вала, який встановлений на підшипниках, закріплених на опорі, на валу розміщено декілька лопатей (15-20 для тихохідних двигунів, 2-кЗ - для швидкохідних), завдяки яким створюється обертальний момент вітродвигуна при наявності вітру певної швидкості; кожна лопать складається зі стрижня (стрингера), на якому розміщена суцільна обшивка з легкого матеріалу (алюміній, дюраль, пластмаса тощо), ширина обшивки зменшується вздовж лопаті (максимальна ширина біля вала, мінімальна - на кінці лопаті) для зменшення згинального моменту зі сторони повітряного потоку; механізму автоматичної орієнтації осі обертання вітродвигуна вздовж напрямку вітру (хвіст чи віндрози), а також механізму для стабілізації частоти обертання вітродвигуна при зміні швидкості вітру. Для виробництва електричної енергії використовують електрогенератори. Недоліками такого вітродвигуна є: необхідність у системі орієнтації, що здійснює постійний CD 6010 контроль за орієнтацією осі обертання вітродвигуна вздовж напрямку вітру (хвіст чи віндрози); складність здійснення стабілізації частоти обертання вітродвигуна при зміні швидкості вітру; високе (5-^7м/с) порогове значення швидкості вітру, при якій вітродвигун починає обертатися; велика металоємність двигуна. Спільними із заявленим рішенням ознаками є наявність: опори, горизонтально розташованого вала, що встановлений на підшипниках, закріплених на опорі, і має змогу обертатися навколо своєї повздовжньої осі та повертатися навколо опори; двох або більше лопатей, симетрично розташованих на валу, та механізму автоматичної стабілізації частоти обертання вітродвигуна. В основу корисної моделі поставлено задачу розробити вітровий двигун, який шляхом виконання лопатей, що мають змогу змінювати свою робочу площу залежно від швидкості вітру, дозволяє уникнути необхідності у створенні окремої системи орієнтації вала вітродвигуна вздовж напрямку вітру; спростити й автоматизувати стабілізацію частоти обертання вітродвигуна при зміні швидкості вітру; знизити мас-габаритні характеристики, отримати низьку металоємність конструкції; підвищити питомі енергетичні показники та коефіцієнт використання енергії вітрового потоку; знизити порогове значення швидкості вітру, при якому вітродвигун починає обертатися. Суттєвими ознаками корисної моделі є наявність: опори, горизонтально розташованого вала, що встановлений на підшипниках, закріплених на опорі, і має змогу обертатися навколо своєї повздовжньої осі та повертатися навколо опори; лопатей, що симетрично розміщені на валу, та механізму автоматичної стабілізації частоти обертання; кожна лопать складається з двох штанг, одна з яких жорстко закріплена на валу, а друга - на підружиненій втулці, що насаджена на вал і має змогу повертатися навколо вала на деякий кут, і гнучкої обшивки, що розтягнута між штангами за допомогою системи пружин, а механізм автоматичної стабілізації частоти обертання складається з підпружиненої втулки з фігурним пазом, в якому переміщується жорстко закріплений на валу палець. Відмінними від прототипу ознаками є: виконання кожної лопаті з двох штанг, одна з яких жорстко закріплена на валу вітродвигуна, а друга - на підпружиненій втулці, що насаджена на вал і має змогу повертатися навколо вала на деякий кут, і гнучкої обшивки, що розтягнута між штангами за допомогою системи пружин, а механізм автоматичної стабілізації частоти обертання складається з підпружиненої втулки з фігурним пазом, в якому переміщується жорстко закріплений на валу палець. Така конструкція призводить до: уникнення необхідності у створенні окремої системи орієнтації вала вітродвигуна вздовж напрямку вітру, адже лопаті виконують також орієнтуючу функцію; автоматичної стабілізації частоти обертання вітродвигуна при зміні швидкості вітру; суттєвого зниження мас-габаритних характеристик і металоємності вітродвигуна; підвищення питомих енергетичних показників та коефіцієнта використання енергії вітрового потоку; зниження порогового значення вітру, при якому вітродвигун починає обертатися; автоматичного гальмування вітродвигуна при швидкостях вітру, більших за критичне значення (25-30м/с). На Фіг.1 зображено схему запропонованого вітродвигуна. На Фіг.2 зображено схему механізму автоматичної стабілізації частоти обертання вітродвигуна при зміні швидкості вітру. Конструкція запропонованого вітродвигуна містить: опору 1, горизонтально розташований механічний вал 2 та лопаті 3. Механічний вал 2 може бути суцільним чи порожнистим стрижнем (трубою), що має змогу обертатися навколо своєї повздовжньої осі. Лопаті 3 симетрично розташовані на валу 2. Кожна лопать 3 вітродвигуна складається з двох штанг 4, одна з яких жорстко закріплена на валу 2 вітродвигуна, а друга - на втулці 5, що насаджена на вал 2 і має змогу повертатися навколо вала 2 на деякий кут, величина якого визначається швидкістю вітру, гнучкої обшивки 6, що розтягнута між штангами 4 за допомогою системи пружин 7. Завдяки лопатям 3 створюється обертальний момент вітродвигуна, якщо швидкість вітру більша за порогове значення (3-^4м/с). Механізм автоматичної стабілізації частоти обертання вітродвигуна, який складається з втулки 5, що насаджена на вал 2 і має змогу повертатися навколо вала 2 на деякий кут, величина якого визначається швидкістю вітру. Втулка 5 має фігурний паз 8, у якому переміщується палець 9, жорстко з'єднаний з валом 2. Автоматичне узгодження кута повороту втулки 5 навколо вала 2, залежно від швидкості вітру, здійснюється за допомогою пружини 10, розташованої на валу 2, яка протидіє переміщенню втулки. Вал 2 вітродвигуна встановлений на підшипниках 11, закріплених на опорі 7. Для виробництва електричної енергії вал 2 вітродвигуна механічно з'єднують із валом електрогенератора, якого на схемі не зображено. Система працює таким чином: при швидкостях вітру, менших за номінальне значення (приблизно десять метрів за секунду), завдяки дії пружини 10 кут між штангами (стрижнями) 4 (якщо дивитися вздовж осі обертання вала) залишається максимальним (Ф = Фтах)> тому ефективна площа лопаті 3 також максимальна. При досягненні швидкості вітру порогового значення (три-чотири метри за секунду) обертальний момент, створений повітряним потоком, стає рівним гальмуючому моменту сил тертя у підшипниках 11, і вітродвигун починає обертатися на холостому ходу (без навантаження). При подальшому зростанні швидкості вітру збільшується корисна потужність вітродвигуна. При швидкостях вітру, більших за номінальне значення, сила з боку повітряного потоку, що діє на лопаті 3 вздовж осі обертання вала 2, перевищує мінімальну силу пружності пружини 10, що діє на втулку 5 у протилежному напрямку. Це призводить до стискання пружини 10 до нового положення рівноваги й переміщення втулки 5 вдовж вала 2 з 6010 - довжина вала - 2,0±0,1 м, - розмір гнучкої обшивки -1,8x1,5м 2 Вал може бути виготовлений зі сталевої труби із ЗОВНІШНІМ діаметром 0,045-0,050м Вал встановлений на підшипниках, що закріплені на опорі Штанги, між якими розтягнута гнучка обшивка, можна виконати зі сталевої труби або прута (із ЗОВНІШНІМ діаметром 0,025-0,030м), або профіля (наприклад, кутового або таврового) Гнучку обшивку виконують з, наприклад, прорезиненої тканини, брезенту тощо Втулку виготовляють зі сталевої труби, внутрішній діаметр якої повинен бути більшим за ЗОВНІШНІЙ діаметр вала, приблизно на 0,5мм (для забезпечення можливості повороту втулки навколо вала) Палець довжиною 0,02±0,002м виготовляють зі сталевого прута діаметром 0,01 ±0,001 м Запропонований вітровий двигун дозволяє забезпечити енергією індивідуальне господарство при наявності вітру зі швидкістю, більшою за порогове значення (3-4м/с) Отриману механічну енергію можна перетворити також в електричну (за допомогою електрогенератора) Заявлене рішення відповідає критеріям корисної моделі одночасним поворотом її на деякий кут Д р завдя< ки направляючій ди пальця 9, що переміщується у фігурному пазу 8 При швидкостях вітру близьких до критичного значення (25-30м/с), кут ф між штангами 4 лопатей 3 мінімальний і приблизно дорівнює нулю (ф = фтш ~ 0°), тому ефективна площа лопатей теж практично дорівнює нулю, і вітродвигун зупиняється Таким чином, вітродвигун має автоматичну стабілізацію частоти обертання при швидкостях вітру, що лежать між номінальним і критичним значеннями й автоматичне гальмування при швидкостях вітру, більших за критичне значення Функцію системи орієнтації вала 2 вздовж напрямку вітру виконують самі лопаті З Приклад конкретного виконання Наприклад, вітродвигун може бути виконаним із двома лопатями Тоді при швидкості вітру приблизно 10м/с він розвиватиме потужність до 3,2±0,2кВт, якщо буде мати такі параметри - довжина лопаті (довжина штанги) - 2,0±0,1м, - відстань між штангами - 1,5±0,1м, максимальний кут між штангами Фтах=30±5°, Фіг. 1 Фіг 2 Комп ютерна верстка Д Шеверун Підписне Тираж 28 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності вул Урицького 45 м Київ МСП 03680 Україна ДП'Український інститут промислової власності вул Глазунова 1 м К и ї в - 4 2 01601