Вітродвигун

1. Вітродвигун, що містить поворотну головку з вітроколесом, перетворювач енергії, який виконано у вигляді генераторів, кабельну мережу і нерухому опору, при цьому вісь обертання вітроколеса розміщено горизонтально, який 3 нерухомої опори, а також горизонтальне розміщення осі обертання вітроколеса. Головною причиною, що перешкоджає одержанню у другому аналогу технічного результату пристрою, який заявляється, є наявність редуктора, що підвищує вартість і зменшує надійність вітродвигуна. Таким чином, другий аналог по сукупності ознак, що збігаються з суттєвими ознаками пристрою, що заявляється, і по призначенню більш близький до пристрою, що заявляється, і тому його прийнято за прототип. Наявності в прототипі сукупності ознак, що збігаються з частиною суттєвих ознак пристрою, котрий заявляється, недостатньо для одержання технічного результату, який очікується від пристрою, котрий заявляється, тому що без редуктора прототип не може працювати бо швидкість обертання вітроколеса значно менше швидкості обертання вала генератора, а зменшення швидкості обертання вала генератора (для спрощення редуктора) веде до значного зростання розмірів, ваги і вартості генератора і відповідно аналогічних параметрів вітродвигуна. В основу винаходу поставлено задачу удосконалення вітродвигуна шляхом його спорядження додатковими вітроколесами, розміщення генераторів на лопатях вітроколеса на відстані від 0,4 до 0,8 довжини лопаті від осі обертання вітроколеса, закріплення додаткових вітроколіс на валах генераторів і одержання в результаті вказаних удосконалень підвищення надійності, зменшення навантажень на елементи вітроколеса, розмірів, ваги і вартості пристрою, що заявляється (завдяки забезпеченню можливості використання швидкохідних генераторів без редуктора і, відповідно, вилучення останнього із вітродвигуна, а також відсутності редуктора і генераторів у поворотній головці) при будь-яких варіантах виконання пристрою чи умовах його застосування, а також шляхом його спорядження механізмом повороту лопатей, струмознімачем, який з'єднує електричні кабелі генераторів з електричним кабелем нерухомої опори, і пружним елементом, котрий одним кінцем закріплено на нерухомій опорі, а другим з'єднано з струмознімачем, розміщення електричного кабелю нерухомої опори всередині пружного елемента, шарнірного розміщення лопатей, розміщення струмознімача таким чином, що його вісь суміщено з віссю обертання вітроколеса, і зменшення в результаті цих додаткових удосконалень навантажень на вітроколесо при великих швидкостях вітру, а також спрощення електричної мережі. Суттєвими ознаками, що характеризують пристрій, що заявляється, є: наявність поворотної головки з вітроколесом, вісь обертання якого розміщено горизонтально, перетворювача енергії, котрий виконано у вигляді генераторів, кабельної мережі, нерухомої опори, додаткових вітроколіс, розміщення генераторів на лопатях вітроколеса на відстані від 0,4 до 0,8 довжини лопаті від осі обертання вітроколеса і закріплення додаткових вітроколіс на валах генераторів, а також наявність 75359 4 механізму повороту лопатей, струмознімача, який з'єднує електричні кабелі генераторів з електричним кабелем нерухомої опори, і пружного елемента, який одним кінцем закріплено на нерухомій опорі, а другим з'єднано з струмознімачем, розміщення струмознімача таким чином, що його вісь суміщено з віссю обертання вітроколеса, електричного кабелю нерухомої опори всередині пружного елемента і шарнірного закріплення лопатей. З них відмінними від прототипу суттєвими ознаками є: наявність додаткових вітроколіс, розміщення генераторів на лопатях вітроколеса на відстані від 0,4 до 0,8 довжини лопаті від осі обертання вітроколеса і закріплення додаткових вітроколіс на валах генераторів, а також наявність механізму повороту лопатей, струмознімача, який з'єднує електричні кабелі генераторів з електричним кабелем нерухомої опори, і пружного елемента, який одним кінцем закріплено на нерухомій опорі, а другим з'єднано з струмознімачем, розміщення струмознімача таким чином, що його вісь суміщено з віссю обертання вітроколеса, електричного кабелю нерухомої опори всередині пружного елемента і шарнірного закріплення лопатей. Відмінними ознаками, необхідними для одержання зазначеного технічного результату в будь-яких варіантах виконання пристрою, що заявляється, чи умовах його використання (варіантах і умовах на які поширюється правовий захист) є: наявність додаткових вітроколіс, розміщення генераторів на лопатях вітроколеса на відстані від 0,4 до 0,8 довжини лопаті від осі обертання вітроколеса і закріплення додаткових вітроколіс на валах генераторів. До суттєвих ознак, що характеризують пристрій, котрий заявляється, тільки в окремих випадках його виконання, відносяться: наявність механізму повороту лопатей, струмознімача, котрий з'єднує електричні кабелі генераторів з електричним кабелем нерухомої опори, і пружного елемента, який одним кінцем закріплено на нерухомій опорі, а другим з'єднано з струмознімачем, розміщення струмознімача таким чином, що його вісь суміщено з віссю обертання вітроколеса, електричного кабелю нерухомої опори всередині пружного елемента і шарнірного закріплення лопатей. Наявність додаткових вітроколіс, розміщення генераторів на лопатях вітроколеса на відстані від 0,4 до 0,8 довжини лопаті від осі обертання вітроколеса і закріплення додаткових вітроколіс на валах генераторів, забезпечує обертання генераторів разом з лопатями вітроколеса і відповідно швидкість набігання вітрового потоку на додаткові вітроколеса, достатню для використання генераторів без редукторів, а також використовування відносно легких і дешевих швидкохідних генераторів. До того ж аеродинамічні і відцентрові сили, котрі діють на додаткові вітроколеса і генератори сприяють зменшенню навантажень на елементи вітроколеса, відсутність генераторів у поворотній головці дозволяє зменшити її розміри і 5 конструктивно просто розмістити механізм повороту лопатей, струмознімач (таким чином, що його вісь суміщено з віссю обертання вітроколеса) і з'єднати з струмознімачем кабель нерухомої опори, який розміщено у пружному елементі. Наявність механізму повороту лопатей і шарнірного закріплення лопатей дозволяє зменшити відхилення швидкості обертання додаткових вітроколіс від потрібної і зменшити навантаження на вітроколесо при значному зростанні швидкості вітру (шляхом повороту лопатей у флюгерне положення). Наявність струмознімача, котрий з'єднує електричні кабелі генераторів з електричним кабелем нерухомої опори, і пружного елемента, котрий одним кінцем закріплено на нерухомій опорі, а другим з'єднано з струмознімачем, розміщення струмознімача таким чином, що його вісь суміщено з віссю обертання вітроколеса, електричного кабелю нерухомої опори всередині пружного елемента дозволяє зменшити кількість струмознімачів і спростити електричну мережу. Для більш детального роз'яснення роботи пристрою, що заявляється, далі представлено креслення і його докладний опис. На Фіг.1, Фіг.2 зображено загальний вигляд вітродвигуна. На Фіг.3 зображено поперечний перетин поворотної головки вітродвигуна. Пристрій, що заявляється, містить нерухому опору 1 (Фіг.1), поворотну головку 2 з вітроколесом, яке включає маточину 3 і шарнірно встановлені лопаті 4, додаткові вітроколеса 5, які закріплено на валах генераторів 6, механізм повороту лопатей 7 (Фіг.3), струмознімач 8, вісь котрого суміщено з віссю обертання вітроколеса, електричний кабель 9 і пружній елемент 10 всередині котрого розміщено електричний кабель 11. Робота пристрою, котрий заявляється здійснюється таким чином. Під дією вітру лопаті 4 обертаються разом із маточиною 3, при цьому генератори 6 разом з додатковими вітроколесами 5 рухаються по колу і тому швидкість набігаючого на вітроколеса 5 потоку повітря складається з геометричної суми швидкості вітру і лінійної швидкості їх руху по колу. При цьому лінійна швидкість руху додаткових вітроколіс 5 значно перевищує швидкість вітру і тому вони мають швидкість обертання достатню для використовування швидкохідних генераторів без редукторів (мультиплікаторів). Конструктивні особливості вітродвигуна, котрий пропонується, дозволяють змінювати місце розміщення генераторів 6 відносно осі обертання 75359 6 вітроколеса, для найбільш повного використовування енергії вітру. При змінах швидкості вітру механізм повороту 7 повертає лопаті 4 підтримуючи таким чином постійну швидкість обертання вітроколеса і, відповідно, постійну швидкість руху генераторів 6 і додаткових вітроколіс 5 по колу. Електричний струм від генераторів 6 передається по кабелю 9, котрий розташовано всередині лопатей 4 на струмознімач 8, а з нього по кабелю 11, який розташовано в нерухомій опорі 1 споживачу. При змінах напрямку вітру, поворотна головка 2 повертається і весь час орієнтує лопаті 4 на вітер, при цьому пружний елемент 10 згинається (але не закручується), його верхня частина переміщується (обкочується по колу навколо вісі обертання поворотної головки) разом із струмознімачем 8 і, таким чином, виключається закручування або пошкодження розміщеного в поворотній головці кабелю 11. Особливістю конструкції вітродвигуна є те, що вона дозволяє усю вітрову енергію, котра сприймається лопатями 4, передавати за допомогою додаткових вітроколіс 5 на швидкохідні генератори 6 і таким чином відмовитися від редукторів, які обов'язково використовуються разом з швидкохідними генераторами, а також від перетворювачів, які у більшості відомих сучасних вітродвигунів розміщуються у поворотній головці 2 і які являють собою великі, важкі і, відносно, дорогі тихохідні генератори. Пристрій, що пропонується, має суттєві переваги перед відомими вітродвигунами при розміщені генераторів на відстані 0,4...0,8 довжини лопаті від осі обертання вітроколеса. Коли вказана відстань менше зазначеного діапазону, швидкість обертання генераторів зменшується до значень, коли потрібна довжина лопатей додаткових вітроколіс перебільшує відстань від генераторів до вісі вітроколеса, а коли більше - значно зменшується коефіцієнт корисної дії вітродвигуна. Таким чином, у пристрої, що заявляється, забезпечується можливість використовування швидкохідних генераторів (без зменшення коефіцієнта корисної дії вітродвигуна) без редукторів, завдяки великій швидкості обертання додаткових вітроколіс і передачі через них на генератори усієї вітрової енергії, яку сприймає вітроагрегат. Все це сприяє швидкому впровадженню пропонуємого пристрою і його широкому застосовуванню в енергетичній промисловості. 7 75359 8 9 Комп’ютерна верстка Л. Купенко 75359 Підписне 10 Тираж 26 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 – 42, 01601