Вітровий рушій

Вітровий рушій, що містить вертикальний вал з радіально закріпленими на ньому елементами 3 елементів з вітром при мінімальній відстані кріплення їх від центра обертання. Поставлена задача вирішена конструкцією вітрового рушія, що містить вертикальний вал з радіально закріпленими на ньому елементами кріплення, на яких закріплені робочі елементи, згідно з корисною моделлю, робочі елементи виконані у вигляді порожнистих півсфер, а елементи кріплення - у вигляді Г-подібних кронштейнів, причому опуклі частини порожнистих півсфер прикріплені до коротких плечей, а основи - до довгих плечей Гподібних кронштейнів, при цьому основа кожної порожнистої півсфери зміщена щодо сегмента 1 вектора перетину центра осі обертання, на /2 діаметра півсфери. При створенні вітрорушія, що заявляється, врахований фактор впливу вітру на внутрішню ввігнуту частину порожнистої півсфери й спосіб кріплення порожнистих півсфер до обертового вертикального вала. Це забезпечує положення, при якому під час обертання площа ввігнутої частини однієї півсфери в середньому постійно перебуває під 100 %-м впливом повітряного потоку. Вітровий рушій зображений на кресленні, де: фіг. 1 - вид одномодульного вітрорушія з генератором; фіг. 2 - вид спереду одного модуля; фіг. 3 - вид зверху одного модуля; фіг. 4 - схема кріплення півсфер до вала, вид зверху; фіг. 5 - схема кріплення Γ-подібних кронштейнів до вала й між собою; фіг. 6 - схема кріплення півсфер зі зсувом; фіг. 7 - загальний вигляд багатомодульного вітрорушія. Вітровий рушій містить робочі елементи, виконані у вигляді чотирьох (переважно пластмасових) порожнистих півсфер 1, прикріплених до вертикального вала 2 за допомогою елементів кріплення, виконаних у вигляді Г-подібних кронштейнів 3. Г-подібні кронштейни 3 у свою чергу жорстко закріплені на валу 2. На кінцях вала 2 установлені підшипники, вмонтовані в корпус 6 і закріплені на хрестовинах 4 каркаса 5. Вал 2 з порожнистими півсферами 1 передає обертання генератору 7 через конусоподібну шестерінчасту пару 8. Кількість порожнистих півсфер 1 вітрового рушія вибрано з наступних міркувань. Для будь-якого діаметра обертання зберігаючи в середньому 100 %-у відкритість вітру площі однієї порожнистої півсфери при максимально близькій відстані кріплення її до вала можна розмістити не більше чотирьох порожнистих півсфер. Менше чотирьох можна, але при цьому зменшується площа безперервного контакту з вітром, знижуючи продуктивність рушія. Оптимальна схема розташування порожнистих півсфер на валу для одержання максимального ефекту обертання наступна. На вертикальному валу 2 радіально під кутом 90° щодо вала й під кутом 90° між собою кріпляться чотири Γ-подібних кронштейни 3, які мають однакові розміри. Довжина короткого плеча Гподібного кронштейна 3, що кріпитися безпосередньо до вертикального вала 2, дорівнює висоті 67359 4 1 порожнистої півсфери 1. На відстані /2 діаметра порожнистої півсфери 1 симетрично кріпляться на вертикальному валу 2 ще чотири Г-подібні кронштейни 3 таких же розмірів. Чотири верхні Гподібні кронштейни 3 і чотири нижні Г-подібні кронштейни 3 з'єднуються між собою (фіг. 5). На утвореній Г-подібній конструкції порожниста півсфера 1 кріпиться опуклою частиною до короткого плеча Г-подібних кронштейнів 3, а основою до довгого плеча наступних Г-подібних кронштейнів 3. Всі порожнисті півсфери 1 кріпляться опуклою частиною в одному напрямку щодо обертання робочого колеса (фіг. 3, 5). Такий зсув щодо центра обертання робочого колеса, дає можливість кріпити великі порожнисті півсфери 1 максимально близько один до одного, зберігаючи відкритість порожнистих півсфер 1 впливу повітряного потоку. При такому компактному й твердому кріпленні порожнистих півсфер 1 до вертикального вала 2 при обертанні виключається можливість руйнування робочого колеса під час сильних вітрів. Невеликі порожнисті півсфери 1 кріпляться таким же способом, як і великі, віддаляючи їх від центра обертання (фіг. 6). Всі елементи кріплення повинні бути максимально полегшені. У результаті виготовлена модель, що дуже чутлива до впливу вітру й зберігає своє обертання й напрямок обертання при будь-яких вітрах (рвучких, крутних). Такий вітрорушій не має потреби в корекції його напрямку щодо напрямку вітру, що спрощує конструкцію й не має потреби в постійному догляді. Вітровий рушій працює в такий спосіб. Вітер будь-якого напрямку діє на ввігнуту (внутрішню) частину порожнистої півсфери 1. Порожниста півсфера 1 починає кутове обертання, що передається обертовому вертикальному валу 2 і при цьому обертанні кожна із чотирьох порожнистих півсфер 1 попадає в зону дії вітру вигнутою частиною півсфери, передаючи зусилля вертикальному валу 2. Вертикальний вал 2 через конусоподібну шестерінчасту пару 8 передає своє обертання генератору 7 або навантаженню. Потужність таких установок залежить від швидкості вітру й сумарної площі робочих органів, на яку він впливає. Розрахунок проводять по формулі для розрахунку сили, що діє на будь-яке вітрило: S 2 Fу  C у    - це в Ньютонах 2 або Fу  0,0625  C у  S   2 - у кгс, де C у - аеродинамічній коефіцієнт підйомної сили;  - швидкість вітру, що діє на вітрило (пропелер); S - площа поверхні вітрила (пропелера);  - щільність повітря. Із цього значення віднімають силу лобового опору опуклої частини півсфери, що при обертанні попадає під вплив вітру. S 2 Fх  C х    - це в Ньютонах 2 5 або Fx  0,0625  C x  S   2 - у кгс, де C x - аеродинамічній коефіцієнт сили лобового опору. З теорії аеродинаміки відомо, що коефіцієнт лобового опору (щодо коефіцієнта для плоского предмета) у кулі 0,48, у півсфери, що рухається вперед своєю ввігнутою стороною - 1,49, а для обтічного тіла у вигляді краплі - 0,05. При запропонованих способах кріплення опір опуклої частини півсфери вітру буде ближче до обтічного об'єкта, чим до опору кулі, тому що при кутовому обертанні час опору вітру повного діаметра півсфери дуже мало, а завихрення повітря, що виникає під час обертання, допомагає переборювати опір вітру півсфері, що йде позаду. При кутовому обертанні процес «прилипания» повітря до тіла дуже короткочасний і не буде створювати серйозний опір. 67359 6 Робити такі вітрорушії доцільно модулями (фіг. 1, 2) з можливістю кріпити їх між собою, створюючи потужні установки (фіг. 7). Обертові вали з'єднуються між собою півмуфтами або карданними валами. Каркас таких установок можна використовувати для трансмісії своєї електроенергії або від інших джерел електроенергії. Оскільки ці установки будуть безшумними, то їх можна установлювати в межах населених пунктів. Робити такі установки буде просто й рентабельно. Порожнисті півсфери необхідно виготовляти із пластмаси. Пластмасу можна армувати для міцності. На виготовлення таких півсфер цілком підійдуть пластикові пляшки з-під напоїв, що дозволить утилізувати тару. Пропонований вітрорушій доцільно робити з діаметрами півсфер від трьох метрів і більше. 7 Комп’ютерна верстка Л. Купенко 67359 8 Підписне Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601