Вітродвигун

1 Вітродвигун карусельного типу, який має вал відбору потужності із закріпленими на ньому двома площадками, між котрими розміщені з можливістю повертання лопаті, з'єднані з указаними площадками за допомогою поворотних осей, які несуть керуючі елементи з роликами, а також диск, встановлений під нижньою площадкою СПІВВІСНО валу відбору потужності та оснащений напрямною, яка взаємодіє з указаними роликами, який відрізняється тим, що він оснащений додатковим диском, розміщеним над верхньою площадкою, при цьому головний та додатковий диски встановлені без можливості провертання один відносно одного, та кожен з них має дві напрямні робочі поверхні, котрі являють собою у перерізі два витки спіралі ЗОВНІШНІЙ та внутрішній, розрахункові профілі котрих окреслені із спільного центру з умовою оптимального використання поворотних лопатей, крім того, внутрішня напрямна є незамкнутою, а кожний керуючий елемент має два ролики, які взаємодіють з ВІДПОВІДНИМИ напрямними Винахід належить до енергетики і може бути використаний як у стаціонарних системах, так і в системах, що рухаються, використовуючи енергію рухливого потоку, наприклад, у вітропдроенергетиці, у транспортних засобах та т п Відомий вітродвигун, який розроблено В Г Федчішиним (див , наприклад, опис авторського свідоцтва СРСР № 969949, F03D1/02, 1982) Він являє собою вітроколесо, із похило розміщеними поворотними лопатями, на котрих закріплені шестерні, які взаємодіють із нерухомою шестернею за допомогою ще кількох шестерен Даний вітродвигун має складну конструкцію та низький коефіцієнт корисної дії Частково ці недоліки усунені у відомому вітродвигуні за рахунок того, що в пристрій включено програмований пристрій повертання лопатей 2 Вітродвигун по п 1, який відрізняється тим, що двовиткові робочі профілі напрямних кожного диска визначені траєкторією руху центрів роликів керуючих елементів у системі координат із нульовими координатами X та Y, розташованими у центрі вітродвигуна, за наступними рівняннями Xi=R*cos(a,)+a,*r*cos(pi) Yi=R*sin(a,)+b|*r*sin(pi), де Хі та Yi - координати будь-якої і-тої точки, що є центром обертання ВІДПОВІДНОГО ролика, R - відстань від центру вітродвигуна до геометричної осі обертання керуючого елементу (поворотної осі), а, - кут повертання геометричної осі обертання керуючого елементу відносно позитивного напряму осі X у напрямку обертання вітродвигуна для будьякої і-тої точки, а, - коефіцієнт, що залежить від кута повертання лопаті відносно напряму потоку і від того, по якій напрямній рухається визначуваний ролик, г - відстань від геометричної осі обертання керуючого елементу до осі обертання визначуваного ролика, Рі - кут нахилу до напряму потоку у визначуваній точці, Ь| - коефіцієнт, залежний від кута повертання лопаті відносно напряму потоку і від того, по якій напрямній рухається визначуваний ролик (див, наприклад, опис авторського свідоцтва СРСР № 1307082, F03D3/06, 1987) Але і цей вітродвигун має досить складну конструкцію - він виконаний у вигляді планшайби із профільованим пазом, котра встановлена на валу з можливістю повертання, та має кінематичний зв'язок з кожною лопаттю, який виконано у вигляді воротка, один кінець котрого оснащений роликом, розміщеним у пазу, а другий - муфтою зчеплення та провідними зірочками, які з'єднані ланцюговою передачею з веденими зірочками, встановленими на лопатях Існує також вітродвигун, який має колесо з поворотними лопатями, в котрому механізм повороту лопатей виконано у вигляді планетарного механізму з елементами мальтійського механізму, який жорстко зв'язаний із системами планетарного механізму за допомогою зубчатих пар та гнучких ме 42277 ханічних передач (див опис патенту РФ №2106525, F03D7/06, 1998) І у цьому випадку, щоб підвищити точність орієнтування лопатей, а отже, для підвищення коефіцієнта корисної дії вітродвигуна механізм повертання лопатей є дуже складним Найбільш близьким прототипом за сукупністю суттєвих ознак та досягнутим технічним результатом є вітродвигун, що описано у відомому карусельному вітродвигуні, який містить вертикальний вал із хрестовинами (у заявці ця ознака названа площадками) та розміщеними між ними на осях поворотними лопатями (див , наприклад, опис авторського свідоцтва СРСР № 1020621, F03D5/02, 1983) Відомий та пропонований вітродвигун мають такі СПІЛЬНІ ознаки вітродвигун карусельного типу має вал відбору потужності із закріпленими на ньому двома площадками, між котрими розміщені з можливістю повертання лопаті, з'єднані з указаними площадками за допомогою поворотних осей, які несуть керуючі елементи (важелі) із роликами, а також диск, що встановлений під нижньою площадкою, СПІВВІСНО валу відбору потужності та оснащений напрямною, взаємодіючою з указаними роликами У вказаному вітродвигуні за рахунок використання копіювальної пари у вигляді ролик-паз, кінематика механізму повертання лопатей значно спрощена Однак даний механізм діє на лопаті тільки з одного боку 3 цієї причини при значних розмірах лопатей та значних навантаженнях на них не забезпечується жорсткість конструкції та гарантоване орієнтування лопатей по відношенню до потоку, який проходить у кожній точці траєкторії їх кругового руху Унаслідок цього знижується жорсткість системи, так само ефективність використання на потужних потоках вітроустановки, а отже, і коефіцієнт корисної дії В основу винаходу покладена задача створити вітродвигун із підвищеною ефективністю праці шляхом підвищення коефіцієнта корисної дії та жорсткості системи, за рахунок технічного результату, який полягає у безперервному гарантованому орієнтуванні рухомих лопатей на найбільший опір у робочій зоні колеса та найменший опір, коли вони рухаються назустріч потоку Цей технічний результат забезпечується тим, що вітродвигун карусельного типу має вал відбору потужності із закріпленими на ньому двома площадками, між котрими розміщені з можливістю повертання лопаті, з'єднані з указаними площадками за допомогою поворотних осей, які несуть керуючі елементи з роликами, а також диск, встановлений під нижньою площадкою СПІВВІСНО валу відбору потужності та оснащений напрямними, взаємодіючими з указаними роликами, має додатковий диск, розміщений над верхньою площадкою При цьому головний та додатковий диски встановлені без можливості провертання один відносно одного А кожний з них має по дві напрямні робочі поверхні, котрі являють собою у розтині два витка спіралі зовнішнього та внутрішнього, розрахункові профілі котрих окреслені з спільного центра з умовою оптимального використання поворотних лопатей Крім того, внутрішня напрямна є незамкненою, а кожний керуючий елемент має два ролики, які взаємодіють із ВІДПОВІДНИМИ напрямними Також двовиткові робочі профілі напрямних кожного диска визначені траєкторією руху центрів роликів керуючих елементів у системі координат із нульовими координатами Хта Y, розташованими у центрі колеса, за наступними рівняннями Xi=R*cos(a,)+a,*r*cos(pi) Yi=R*sin(a,)+b|*r*sin(pi), де Хі та Yi - координати будь-якої і' точки, що є центром обертання ВІДПОВІДНОГО ролику, R - відстань від центру вітродвигуна до геометричної осі обертання керуючого елементу (поворотної осі), а, - кут повертання геометричної осі обертання керуючого елементу відносно позитивного напряму осі X в напрямку обертання вітродвигуна для будь-якої і' ТОЧКИ, а, - коефіцієнт, що залежить від кута повертання лопаті відносно напряму потоку, і від того, по якій напрямній рухається визначаємий ролик, г - відстань від геометричної осі обертання керуючого елементу до осі обертання визначаємого ролика, Рі - кут нахилу до напряму потоку в визначаємій точці, Ь| - коефіцієнт, залежний від кута повертання лопаті відносно напряму потоку, і від того, по якій напрямній рухається визначаємий ролик Між НОВИМИ ознаками та досягнутим технічним результатом є причинно-послідовний зв'язок Оснащення вітродвигуна двома дисками, встановленими без можливості провертання один відносно одного, на котрих із боку площадок, які мають керуючі елементи, встановлено по дві напрямні розрахункового профілю, а також оснащення кожного керуючого елемента двома роликами, одночасно взаємодіючими з указаними напрямними, дозволило гарантовано орієнтувати лопаті, що рухаються по замкненій траєкторії у положення до потоку, який проходить, коли вони мають найбільший опір у робочій зоні вітродвигуна та найменший опір, коли лопаті рухаються назустріч потоку Іншими словами, за рахунок копіювальних доріжок здійснюється безперервне повертання лопатей навколо власної осі При цьому ознака "внутрішня напрямна є незамкненою" є суттєвою ознакою, так як за рахунок цього забезпечується в незамкненій зоні перехід роликів з одного робочого контуру напрямної на другий Таким чином, за рахунок гарантованого орієнтування лопатей шляхом їх провертання у заданому розрахунковому циклі забезпечується збільшення коефіцієнта корисної дії, отже, ефективність роботи вітродвигуна Вважаємо раціональним указати в якості суттєвої ознаки словосполучення "розрахункові профілі", а рівняння для розрахунків траєкторії рухання центрів роликів описати у додатковому пункті формули винаходу На фіг 1 зображено запропонований вітродвигун у розрізі, на фіг 2 - розріз А-А по фіг 1 Вітродвигун, що пропонується, має вал відбору потужності 1 із закріпленими на ньому площадками 2 та 3, між котрими розміщені з можливістю повертання лопаті 4, з'єднані з указаними площадками за допомогою поворотних осей 5, що несуть керуючі елементи 6 з роликами 7, а також, встано 42277 влений СПІВВІСНО валу 1 з боку площадки 2 диск 8, який оснащено напрямними ВІДМІННІСТЬ винаходу складається з того, що вітродвигун оснащено додатковим диском 9, розташованим СПІВВІСНО валу 1 з боку площадки З При цьому головний диск 8 та додатковий диск 9 встановлені один відносно одного без можливості провертання, та зв'язані флюгером (на кресленні не вказаний) Кожен із них має по дві напрямні диск 8 - зовнішню 10 та внутрішню 11, а диск 9 зовнішню 12 та внутрішню 13 Робочі поверхні цих напрямних являють собою у розтині два витка спіралі Внутрішні напрямні 11 та 12 є незамкненими Керуючі елементи 6 можуть бути виконані у вигляді пластин, кожна з котрих оснащена двома роликами 7, які взаємодіють із ВІДПОВІДНИМИ напрямними Відстань від геометричної осі обертання керуючого елементу 6 до осі обертання роликів 7 з боку диска 8, означене як п (див фіг 1), а з боку диска 9, ЯК Г (ДИВ фіГ 1) ВіДСТаНЬ П НЄ ДОРІВНЮЄ Г 2 2 Це пов'язано з тим, що при переході кожної лопаті із зовнішньої напрямної на внутрішню та навпаки, здійснюється тільки на одному з дисків у той час, як ролики на другому диску орієнтують лопать, утримуючи и у потрібному напрямі Траєкторія руху центрів роликів кожного диска окремо позначені у системі координат із нульовими координатами X та Y, які знаходяться у центрі "О" колеса, при цьому ось Y співпадає з осью симетрії дисків 8 та 9, а ось X співпадає з напрямом потоку, але спрямована назустріч йому Траєкторії руху центрів роликів визначаються за наступними рівняннями XFFTcosfo^+aiVcosfp,) Yi=R*sin(al)+blVsm(pl), де Хі та Yi - координати будь-якої і' точки, що є центром обертання ВІДПОВІДНОГО ролику, R - відстань від центру вітродвигуна до геометричної осі обертання керуючого елементу (поворотної осі), а, - кут повертання геометричної осі обертання керуючого елементу відносно позитивного напряму осі X в напрямку обертання вітродвигуна для будь-якої і' ТОЧКИ, а, - коефіцієнт, що залежить від кута повертання лопаті відносно напряму потоку, і від того, по якій напрямній рухається визначаємий ролик Ролик рухається по ЗОВНІШНІЙ напрямній коли р>0, а=1, коли р0, а=-1, коли р0, Ь=1, коли р0, Ь=-1, коли р