Вітродвигун

Пропонуємий пристрій відноситься до вітроенергетики, а саме до вітродвигунів, котрі орієнтовано на індивідуального споживача. З відомих пристроїв аналогічного призначення і подібних по сукупності суттєви х ознак найбільш близькими до пропонуємого пристрою є вітронасосна установка, призначена для перекачування води в накопичувальні ємності [а.с. №1204778, СРСР, МПК 4 F03D7/02, БВ №2, 1986р.] і вітродвигун загального призначення [патент UA 51786 02, МПК 6 F03D1/00, БВ №12, 2002р.], тому вони прийняті як аналоги. Вітронасосна установка (перший аналог) містить нерухому опору, поворотну головку з вітроколесом, перетворювач вітрової енергії, котрий кінематично з'єднано з вітроколесом, пристрій гальмування вітроколеса з елементом дистанційного керування, ємність для збереження води, рушій гальмування вітроколеса, котрий виконано у вигляді поплавка, і аеродинамічний щиток, який кінематично з'єднано із пристроєм гальмування вітроколеса, при цьому пристрій гальмування вітроколеса, котрий закріплено на поворотній головці, з'єднано елементом дистанційного керування з рушієм гальмування вітроколеса, який розміщено на нерухомі частині вітронасосної установки. У процесі роботи установки, енергія вітру використовується для наповнення ємності для збереження води. При значному зростанні швидкості вітру або переповненні ємності для збереження води, аеродинамічний щиток або поплавок переміщують елемент дистанційного керування і з його допомогою приводять у дію пристрої гальмування вітроколеса. Ознаками даного аналога, що збігаються з суттєвими ознаками пристрою, котрий заявляється, є: наявність нерухомої опори, поворотної головки з вітроколесом, перетворювача вітрової енергії, який кінематично з'єднано з вітроколесом, пристрою гальмування вітроколеса з елементом дистанційного керування, рушія гальмування вітроколеса, розміщення пристрою гальмування вітроколеса на поворотній головці і закріплення рушія гальмування вітроколеса на нерухомій частині вітронасосної установки. Головною причиною, що перешкоджає одержанню в даному аналогу те хнічного результату, очікуваного від пристрою, котрий заявляється, є постійний зв'язок пристрою гальмування вітроколеса з рушієм гальмування вітроколеса і, відповідно, вплив рушія гальмування вітроколеса на точність орієнтації поворотної головки на вітер, а також дія на елементи пристрою гальмування вітроколеса зусиль з боку поворотної головки під час її обертання. До того ж, для забезпечення потрібного зусилля гальмування вітроколеса потрібно мати поплавок і аеродинамічний щиток великих розмірів або використовувати підсилювачі їх зусиль з додатковим джерелом енергії. Вітродвигун (другий аналог) містить нерухому опору, поворотну головку з вітроколесом, перетворювач вітрової енергії, котрий кінематично з'єднано з вітроколесом, флюгерну пластину, яку закріплено на рухомому елементі, котрий шарнірно з'єднано з поворотною головкою, розміщено з протилежного від вітроколеса боку і який взаємодіє з допомогою пружини з поворотною головкою, рушій гальмування вітроколеса, котрий закріплено на нерухомій опорі і пристрій гальмування вітроколеса, який виконано у вигляді механізму повороту головки, розміщено на поворотній головці і з'єднано тросом дистанційного керування з рушієм гальмування вітроколеса, фіксуючий башмак, котрий кінематично з'єднано з важелем, що шарнірно встановлено на поворотній головці і з'єднано з нею пружиною, і який взаємодіє (при значному відхилені поворотної головки у бік рухомого елемента) з упором, котрий виконано на рухомому елементі. У процесі роботи вітродвигуна при змінах швидкості вітру відбувається автоматичне відхилення поворотної головки для підтримання постійної швидкості обертання вітроколеса. При зупинці вітродвигуна рушій гальмування вітроколеса за допомогою механізму повороту головки відхиляє її у бік флюгерного елемента. Після зупинки вітроколесо фіксується башмаком. У даному пристрої ознаками, що збігаються з суттєвими ознаками пристрою, котрий заявляється, є: наявність нерухомої опори, поворотної головки з вітроколесом, перетворювача вітрової енергії, який кінематично з'єднано з вітроколесом, флюгерної пластини, котру закріплено на рухомому елементі, який шарнірно з'єднано з поворотною головкою і розміщено з протилежного від вітроколеса боку, рушія гальмування вітроколеса, котрий закріплено на нерухомій опорі і пристрою гальмування вітроколеса, який виконано у вигляді механізму повороту головки, споряджено тросом дистанційного керування і розміщено на поворотній головці. Головною причиною, що перешкоджає одержанню у розглянутому вітродвигуні те хнічного результату, очікуваного від пристрою котрий заявляється, є постійний зв'язок пристрою гальмування вітроколеса з рушієм гальмування вітроколеса, що призводить до закрутки тросу дистанційного керування і, відповідно, впливу зусиль закрутки тросу на точність орієнтації поворотної головки на вітер, а також дії цих зусиль на елементи пристрою гальмування вітроколеса і рушія гальмування вітроколеса. Таким чином, обидва аналоги мають те ж призначення, що і пристрій, котрий заявляється, однак другий аналог [вітродвигун по патенту UA 51786 С2] по сукупності ознак, що збігаються з суттєвими ознаками пристрою, котрий заявляється, більш близький до нього, тому його прийнято за прототип, або найближчий аналог. Наявної в прототипі сукупності ознак, що збігаються з частиною суттєви х ознак пристрою, котрий заявляється, недостатньо для одержання технічного результату, очікуваного від пристрою який заявляється, тому що у будь якому конструктивному виконанні пристрою з ознаками прототипу не можливо виключити закрутку тросу дистанційного керування під час повороту головки вітродвигуна. В основу винаходу поставлено задачу удосконалення вітродвигуна шляхом спорядження додатковим елементом, який містить рухомий вантаж, котрий з'єднано з тросом дистанційного керування і підшипник, який закріплено над рухомим вантажем і у вн утрішньому отворі якого розміщено трос дистанційного керування, взаємодії рухомого вантажу з рухомою частиною підшипника, розміщення додаткового елемента на вертикальних напрямних у нерухомій опорі і його з'єднання з рушієм гальмування вітроколеса і досягнення при цьому виключення закрутки тросу дистанційного керування, впливу рушія гальмування вітроколеса на точність орієнтації поворотної головки на вітер, впливу р уху поворотної головки на пристрій гальмування вітроколеса, спрощення конструкції пристрою гальмування вітроколеса, технічного обслуговування і ремонту пристрою у будь-яких варіантах його виконання, що заявляється, чи умовах його використання. Суттєвими ознаками, що характеризують пристрій, котрий заявляється, є: наявність нерухомої опори, поворотної головки з вітроколесом, перетворювача вітрової енергії, котрий кінематично з'єднано з вітроколесом, флюгерної пластини, яку закріплено на рухомому елементі, котрий шарнірно з'єднано з поворотною головкою і розміщено з протилежного від вітроколеса боку, рушія гальмування вітроколеса, котрий закріплено на нерухомій опорі, пристрою гальмування вітроколеса, який виконано у вигляді механізму повороту головки, споряджено тросом дистанційного керування і розміщено на поворотній головці, додаткового елемента, який містить рухомий вантаж, котрий з'єднано з тросом дистанційного керування і підшипник, який закріплено над рухомим вантажем і у внутрішньому отворі якого розміщено трос дистанційного керування і взаємодія рухомого вантажу з рухомою частиною підшипника, розміщення додаткового елемента на вертикальних напрямних у нерухомій опорі і його з'єднання з рушієм гальмування вітроколеса, а також суміщення троса дистанційного керування і осі підшипника з віссю обертання поворотної головки, розміщення осі обертання рухомого елемента флюгерної пластини у вертикальній площині і нахил її у бік флюгерної пластини на кут від 5 до 25 градусів відносно вертикальної осі і розміщення при цьому осі обертання вітроколеса на відстані від 0,005 до 0,015 діаметра вітроколеса від осі обертання поворотної головки, виконання рушія гальмування вітроколеса у вигляді лебідки, трос котрої з'єднано з додатковим елементом і розміщення додаткового елемента на пружині. Відмінними від прототипу суттєвими ознаками є: наявність додаткового елемента, який містить рухомий вантаж, котрий з'єднано з тросом дистанційного керування і підшипник, який закріплено над рухомим вантажем і у вн утрішньому отворі якого розміщено трос дистанційного керування і взаємодія рухомого вантажу з рухомою частиною підшипника, розміщення додаткового елемента на вертикальних напрямних у нерухомій опорі і його з'єднання з рушієм гальмування вітроколеса, а також суміщення троса дистанційного керування і осі підшипника з віссю обертання поворотної головки, розміщення осі обертання рухомого елемента флюгерної пластини у вертикальній площині і нахил її у бік флюгерної пластини на кут від 5 до 25 градусів відносно вертикальної осі і розміщення при цьому осі обертання вітроколеса на відстані від 0,005 до 0,015 діаметра вітроколеса від осі обертання поворотної головки, виконання рушія гальмування вітроколеса у вигляді лебідки, трос котрої з'єднано з додатковим елементом і розміщення додаткового елемента на пружині. З них ознаками, достатніми у всіх випадках, на які поширюється обсяг правової охорони є: наявність додаткового елемента, який містить рухомий вантаж, котрий з'єднано з тросом дистанційного керування і підшипник, який закріплено над рухомим вантажем і у внутрішньому отворі якого розміщено трос дистанційного керування і взаємодія рухомого вантажу з рухомою частиною підшипника, розміщення додаткового елемента на вертикальних напрямних у нерухомій опорі і його з'єднання з рушієм гальмування вітроколеса. Ознаками що характеризують пристрій, котрий заявляється лише в окремих випадках, а саме в конкретних формах виконання є: суміщення троса дистанційного керування і осі підшипника з віссю обертання поворотної головки, розміщення осі обертання рухомого елемента флюгерної пластини у вертикальній площині і нахил її у бік флюгерної пластини на кут від 5 до 25 градусів відносно вертикальної осі і розміщення при цьому осі обертання вітроколеса на відстані від 0,005 до 0,015 діаметра вітроколеса від осі обертання поворотної головки, виконання рушія гальмування вітроколеса у вигляді лебідки, трос котрої з'єднано з додатковим елементом і розміщення додаткового елемента на пружині. Наявність додаткового елемента, який містить рухомий вантаж, котрий з'єднано з тросом дистанційного керування і підшипник, який закріплено над рухомим вантажем і у внутрішньому отворі якого розміщено трос дистанційного керування і взаємодія рухомого вантажу з рухомою частиною підшипника, розміщення додаткового елемента на вертикальних напрямних у нерухомій опорі і його з'єднання з рушієм гальмування вітроколеса у сукупності з відомими: наявністю рушія гальмування вітроколеса, котрий закріплено на нерухомій опорі, пристрою гальмування вітроколеса, який виконано у вигляді механізму повороту головки, споряджено тросом дистанційного керування і розміщено на поворотній головці, забезпечують відсутність зв'язку рушія гальмування вітроколеса з пристроєм гальмування вітроколеса підчас роботи вітродвигуна, надійний зв'язок рушія гальмування вітроколеса і пристрою гальмування вітроколеса під час зупинки вітроколеса, надійну фіксацію поворотної головки у відхиленому положенні після зупинки вітродвигуна і значне зменшення (завдяки наявності підшипника) зусиль, котрі діють на елементи пристрою гальмування вітроколеса при обертанні поворотної головки з загальмованим вітроколесом. Що в свою чергу виключає вплив рушія гальмування вітроколеса на точність орієнтації поворотної головки на вітер, вплив руху поворотної головки на пристрій гальмування вітроколеса, закрутку троса дистанційного керування при обертанні головки зупиненого вітродвигуна і забезпечує спрощення конструкції пристрою гальмування вітроколеса, технічного обслуговування і ремонту вітродвигуна. До того ж відсутність зв'язку рушія гальмування вітроколеса з пристроєм гальмування вітроколеса під час роботи вітродвигуна дозволяє в конкретних формах виконання пристрою досягти додаткового, зазначеного далі технічного результату. До того ж, в конкретних формах виконання пристрою, котрий заявляється забезпечується можливість використання сили тяжіння (за допомогою вантажу) під час роботи вітродвигуна для натягу троса дистанційного керування, що виключає можливість прогину і тертя троса дистанційного керування, забезпечується можливість використання сили тяжіння як рушія пристрою гальмування вітроколеса при переміщенні поворотної головки у робоче положення, що дозволяє використовувати конструктивно простий рушій гальмування вітроколеса однонаправленної дії (потрібний тільки для переміщення троса дистанційного керування у один бік) забезпечується спрощення конструкції рушія гальмування вітроколеса і підвищення його надійності. Таким чином, сукупність зазначених вище ознак дозволяє виключити вплив пристрою гальмування вітроколеса на точність орієнтації поворотної головки на вітер і розміщення вітроколеса відносно напрямку вітру і відповідно забезпечити високий коефіцієнт використання енергії вітрового потоку і постійну швидкість обертання вітроколеса, виключити можливість прогину або тертя троса дистанційного керування, спростити конструкцію пристрою гальмування вітроколеса і його рушія і одночасно забезпечити надійну зупинку вітроколеса і надійну фіксацію поворотної головки у відхиленому положенні після зупинки вітродвигуна, забезпечити можливість вільного обертання поворотної головки вітродвигуна після його зупинки для постійного розміщення вітроколеса уздовж напрямку вітр у і відповідно виключення можливості обертання вітроколеса, виключити можливість закручування тросу дистанційного керування підчас обертання поворотної головки зупиненого вітродвигуна, забезпечити автоматичне переміщення поворотної головки вітродвигуна у робоче положення під час включення вітродвигуна, підвищити надійність вітродвигуна, спростити його технічне обслуговування і ремонт, зменшити вартість. Для більш докладного роз'яснення роботи пристрою, що заявляється, нижче представлені креслення і докладний опис цього пристрою. На Фіг.1 зображено загальний вигляд вітродвигуна. На Фіг.2 зображено вигляд зверху на вітродвигун по Фіг.1. На Фіг.3 зображено поздовжній перетин додаткового елемента під час роботи вітродвигуна. На Фіг.4 зображено поздовжній перетин додаткового елемента під час зупинки вітродвигуна. Вітродвигун містить нерухому опору 1 (Фіг.1) на котрій на підшипнику 2 встановлено поворотну головку 3 з вітроколесом 4 таким чином що вісь її обертання 5 (Фіг.2) зміщено відносно осі обертання вітроколеса 6, генератор 7 (Фіг.1), рухомий елемент 8, вісь обертання 9 якого нахилено відносно вертикальної осі 10 у бік флюгерної пластини 11, пристрій гальмування вітроколеса, котрий виконано у вигляді шківів 12, 13 з тросом дистанційного керування 14, рушій гальмування вітроколеса, який виконано у вигляді лебідки 15 з тросом 16, додатковий елемент 17, котрий розміщено на вертикальних напрямних 18 (Фіг.3) на пружині 19 і котрий містить рухомий вантаж 20 і підшипник 21. Робота вітродвигуна здійснюється таким чином. При дії вітру відбувається обертання вітроколеса 4 (Фіг.1) і відповідно ротора генератора 7, котрий виробляє електричній струм. При цьому вітроколесо 4 спрямовано на вітер, а рухомий елемент 8 з флюгерною пластиною 11 розміщено уздовж вітрового потоку. При змінах напрямку вітру флюгерна пластина 11 весь час орієнтує рухомий елемент 8 уздовж напрямку вітру і змінює його положення відносно поворотної головки 3. Завдяки нахилу осі повороту 9 рухомого елемента 8 у бік флюгерної пластини 11, при його відхиленні у будь який бік рухомий елемент 8 одночасно рухається і угору, що призводить до виникнення зусилля (з боку рухомого елемента 8), котре рухає поворотну головку 3 у напрямку суміщення осі обертання вітроколеса 4 з напрямком вітру і таким чином постійно орієнтує вітроколесо 4 на вітер. При цьому трос дистанційного керування 14 вільно переміщується, а рухомий вантаж 20 (Фіг.3) забезпечує його натяг. При збільшенні швидкості вітру завдяки зміщенню осі обертання вітроколеса 6 (Фіг.2) відносно осі повороту головки 5 виникає зусилля, котре відхиляє поворотну головку 3 у бік від напрямку вітру, однак при цьому виникає сила опору з боку рухомого елементу 8 (Фіг.1), котра зупиняє поворотну головку 3 у положенні де забезпечується необхідна швидкість обертання вітроколеса 4. При подальшому зменшені швидкості вітру зменшується зусилля, котре відхиляє поворотну головку 3 і під дією зусилля з боку рухомого елементу 8 поворотна головка 3 рухається у зворотному напрямку зупиняючись у положенні, де забезпечується необхідна швидкість обертання вітроколеса 4. У випадках відхилення поворотної головки при змінах швидкості вітру трос дистанційного керування 14 також вільно переміщується, а р ухомий вантаж 20 (Фіг.3) забезпечує його натяг. Зупинка вітродвигуна відбувається наступним чином. При обертанні барабану лебідки 15 трос 16 (Фіг.4) переміщує униз додатковий елемент 17, котрий за допомогою підшипника 21 переміщує униз вантаж 20 і з'єднаний з ним трос дистанційного керування 14, який обертає шків 12 (Фіг.1) і таким чином переміщує рухомий елемент 8 з флюгерною пластиною 11 у бік поворотної головки 3, що призводить до розміщення вітроколеса 4 уздовж напрямку вітрі і його зупинки. При обертанні поворотної головки 3 після зупинки вітродвигуна закручування троса дистанційного керування 14 не відбувається, тому що вантаж 20 (Фіг.4) обпирається на рухому частину підшипника 21. Для наступного включення вітродвигуна необхідно обернути барабан лебідки 15 (Фіг.1) у протилежний бік і стиснена пружина 19 (Фіг.4) перемістить додатковий елемент 17 угору (Фіг.3) надаючи можливість тросу дистанційного керування 14 вільно рухатись. Далі під дією зусиль з боку відхиленого рухомого елемента 8 (Фіг.1) поворотна головка 3 займе робоче положення. Слід зазначити, що кожному конкретному варіанту виконання вітродвигуна відповідає свій конкретний кут відхилення осі повороту рухомого елемента, але він завжди знаходиться у межах діапазону від 5 до 25 градусів, при цьому вісь обертання вітроколеса повинна бути розміщена на відстані від 0,005 до 0,015 діаметра вітроколеса від осі обертання поворотної головки.. Саме у цих межах вказаних кута і відстані сила опору відхиленню поворотної головки (котра діє на неї з боку рухомого елемента) має потрібне значення для використання рушія гальмування вітроколеса однонапрвленної дії і одночасно відбувається автоматичне підтримання потрібної швидкості обертання вітроколеса при змінах швидкості вітру. Відповідно до технічного рішення, що заявляється, виготовлено дослідний зразок вітродвигуна, котрий підтверджує можливість одержання очікуваного технічного результату.