Карусельний вітродвигун

Карусельний вітродвигун, що містить лопатки та шторку (флюгер), який відрізняється тим, що лопатки і шторка (флюгер) закріплені з можливістю незалежного вільного обертання на верхній части Вітер являється одним з найбільш поширених джерел дешевої енергії, яка при застосуванні певних технічних засобів може бути використана в народному господарстві. Для перетворення кінетичної енергії вітру в механічну роботу використовуються вітряки різних модифікацій. Першими вітряками карусельного типу, що за ознаками являються аналогами запропонованого в заявці, з'явилися ще приблизно у 18 столітті до нашої ери в Персії і Китаї. Різновидністю являються карусельні вітродвигуни з лопатками, які закріплені на шарнірах, що дозволяє їм повертатись ребрами [1, Фіг.6] до потоку і фіксуватись в потрібному положенні упорами. Найближчим за ознакою аналогом являється карусельний вітродвигун зі шторкою [1, Фіг.7]. Шторка повертається за допомогою "хвоста" в потрібне положення, забезпечуючи доступ потоку до лопаток, які рухаються з вітром і створюють крутильний момент на вертикальний вал вітряка. Перелічені вітродвигуни мають досить просту конструкцію, проте не набули широкого розповсюдження, оскільки виникли труднощі при необхідності автоматизувати регулювання частоти обертання при зміні швидкості вітру. Крім того, лопатки розміщені так, що прикривають одна-одну від вітру і плоска їх поверхня стає мало ефективною, через що коефіцієнт використання енергії вітру низький і становить не більше 0,18. Більш досконалими є крильчаті вітродвигуни. ні вертикального вала, який закріплений у двох підшипниках, розміщених на опорі, при цьому лопатки розміщені в три яруси з кроком 45° у кожному ярусі та з зсувом між лопатками у сусідніх ярусах, що становить 15°, лопатки виконані з листової сталі та мають опуклу форму, носова частина шторки (флюгера) виконана у вигляді гострого кута і з'єднана з плоским "хвостом" за допомогою тяги. Вони з'явилися приблизно в 4-3 столітті до нашої ери в Александрії. Коефіцієнт використання вітру, який приблизно у З рази більший, але він іншого типу і по своїй конструкції не може служити аналогом, а лиш для порівняння. Не дивлячись на суттєві недоліки згаданих карусельних вітряків, при їх конструктивному удосконаленні можна отримати набагато кращий коефіцієнт використання енергії вітру та автоматизувати процес регулювання обертів в залежності від зміни швидкості вітру. Згідно аеродинамічних досліджень, опублікованих під рубрикою "Опір при русі тіла в газі", найбільший аеродинамічний опір тіла при його формі у вигляді пустотілої півкулі, повернутої вгнутою стороною на зустріч вітрові [2]. Тому форма півкулі використовується в парашутах. В їх конструкції також використовується продовгувата форма, що забезпечує ще більшу площу вгнутої сторони, а відповідно і більший аеродинамічний опір. Така ж форма вгнутої сторони може бути використана для побудови лопаток вітряка, а протилежна випукла сторона при цьому може бути максимально наближена до форми профілю риб'ячої голови, що забезпечить максимальний аеродинамічний опір. При такій формі лопаток, їх розміщенні, застосування флюгера, який складається з "носа" З (Фіг.2), пружини 21 "хвоста" 1 і тяги 16, концентратора повітряного потоку, що складається з пластин 18 і 23 і пружини 25, створять підсилення крутного СО о ю (О 6593 моменту, забезпечать регулювання обертів та значного збільшення коефіцієнта використання енергії вітру Перелік фігур креслення На Фіг 1 показано профільну проекцію вітряка Лопатки 2 розміщені в трьох рядках (через 45 градусів у кожному) і закріплені на вертикальному трубовалі, який складається з двох частин, з'єднаних між собою шліцами 10 Верхня частина опирається на підшипник 8, а нижня на підшипник 14 Шліци ДОЗВОЛЯЮТЬ розділити вагу вітряка на двох підшипниках приблизно порівну "Хвіст" 1 і з'єднаний з ним за допомогою тяги 16 (Фіг2) 'ніс" 3 утворюють флюгер, який розміщений на верхньому колі 4 (Фіг 1) на закріплених на ньому рівномірно по колу кулях 5 в КІЛЬКОСТІ 810шт Опорою для нього служить нижнє нерухоме коло 6, яке базується на опорі 7 з канавкою по окружності для скольжіння шарів На Фіг 2 показана горизонтальна проекція вітряка 'Ніс" 3 виконаний у вигляді гострого кута, який може повертатись на шарнірі своєї вершини Ліва сторона цього кута через стабілізатор 20, а права пружиною 21 звязані зі стійкою, на якій він розміщений "Хвіст" 1 через важіль 15 і тягу 16 зв'язаний з точкою 10 правої сторони "носа" утворює флюгер Упори 19 і 22 обмежують його хід При слабкому вітрі пружина 21 утримує "ніс" так, що повітря спливає по правій стороні кута на робочі лопатки, а ліва сторона відводить повітряний потік від лопаток, які рухаються проти вітру Другим елементом флюгера є пластина 18, яка за допомогою тяги 17 (Фіг 2) з'єднана з концентратором повітряного потоку 23 Пружина 25 утримує його при слабкому вітрі в положенні концентрації повітряного потоку на лопатки вітряка При збільшенні швидкості вітру "Хвіст" 1 і ліве крило "носа", перемагаючи опір пружини 21, повертають його так, що він дещо відводить потік повітря від лопаток Одночасно бокова пластинка 18 через тягу 17 перемагаючи опір пружини 25 повертає пластинку концентратора 23, яка також відводить потік повітря від лопаток вітряка Нове положення "носа" і концентратора показано пунктирними ЛІНІЯМИ при максимальному вітрі При зменшенні сили вітру, перемагають пружини і процес становиться зворотнім Таким чином відбувається автоматичне регулювання потужності на рівні сталої величини Для згладжування поривчастого вітру служить пневматичний стабілізатор 20 (Фіг 2) Його конструкція проста і не вимагає надто щільного прилягання поршня до стінок циліндра В ТІЛІ поршня може бути виконано калібрований отвір (Фіг 3) Скоба 13 з вмонтованим в неї кулями (не менше 3, через 120 градусів) не несе навантаження, лиш утримує флюгер від сходження з гнізда Робоча лопатка (Фіг 5) овальної форми, ввігнута сторона якої надає їй найбільшого аеродинамічного опору На Фіг 6 її поперечний переріз На Фіг 4 показано розміщення лопаток по ярусах 1Р, 2Р, ЗР ВІДПОВІДНО перший, другий, третій Максимально можливого позитивного ефекту можна досягти за допомогою налагодження узгодженості системи флюгера і концентратора регулювання тяг, перестановкою кріплень на важелях і натягом пружин При досягненні величини коефіцієнта використання енергії вітру, рівним значенню крильчастого вітряка, всі переваги останнього будуть втрачені, оскільки запропонований вітряк забезпечить підключення навантажень всіх різновидностей механізмів на поверхні землі через редуктор 24 (Фіг 1) Відпаде необхідність розташування електрогенератора або редуктора значної ваги наверху опори і в застосуванні складної токознімальної апаратури У запропонованому варіанті вітряка дещо більша парусність і габаритність (як недолік), але у порівнянні з вагою генератора крильчастого вітряка, вага якого значно більша, він може утримуватись на опорі однакової за МІЦНІСТЮ конструкції Оскільки Україна, на карті вітрів, відноситься до зони середньої інтенсивності вітру (від 3,5-6М/С) то широке застосування вітряків може принести значний економічний ефект У запропонованому варіанті вітродвигуна карусельної модифікації досягнення високого коефіцієнта використання вітру передбачено отримати за рахунок конструктивних особливостей робочих лопаток, форма поперечного перерізу який нагадує контур профілю риб'ячої голови Аеродинамічний опір ввігнутої (робочої) сторони такої форми великий, а протилежної у 25 разів менший Крім того, виготовлення спеціального флюгера, який спрямовує і концентрує повітряний потік (обернено пропорційно силі вітру) на лопатки вітродвигуна, вертикальний вал розміщений в двох конусних роликових підшипниках, (при шліцьовому з'єднанні верхньої і нижньої частини вітродвигуна забезпечує рівномірне їх вагове навантаження), а розміщення редуктора і вихідного вала на рівні поверхні землі дає змогу підключати різні механізми за призначенням Згаданий флюгер забезпечує регулювання швидкості обертання і стабілізацію потужності вітродвигуна при ЗМІНІ швидкості вітру Все це створює обнадійливе враження на успішне його використання особливо на фермерських господарствах, виходячи з того, що Україна відноситься до зони середньої інтенсивності вітрів (від 3,5 до 6м/с) Джерела інформації 1 Я І Шеф тер "Використання енергії вітру", Видавництво "Енергія", Москва, 1975р 2 О В Пюришкін "Курс фізики" (частина друга) Видавництво "Радянська школа", Київ, 1967р 6593 Комп'ютерна верстка Л Литвиненко 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 Київ - 4 2 , 01601