Вітродвигун

Пропонуємий пристрій відноситься до вітроенергетичного устаткування, а саме-до вітродвигунів. Відомо вітродвигун (перший аналог), який включає поворотну головку з вітроколесом, перетворювач енергії, який виконано у вигляді генератора, і нерухому опору, при цьому вісь обертання вітроколеса розміщено горизонтально, а вітроколесо з'єднано з генератором за допомогою редуктора таким чином, що ротор і статор генератора обертаються у протилежні боки (міжнародна заявка PCT/UA94/00023 № публікації W095/21326 від 10.08.95). Взаємний рух ротора і статора генератора дозволяє використати більш швидкохідний і, відповідно, більш легкий і дешевий генератор. Ознаками першого аналогу, що збігаються з суттєвими ознаками пристрою, який заявляється, є: наявність поворотної головки з вітроколесом, перетворювача енергії, який виконано у вигляді генератора, і нерухомої опори, а також горизонтальне розміщення осі обертання вітроколеса. Головною причиною, що перешкоджає одержанню у першому аналогу те хнічного результату пристрою, який заявляється, є наявність редуктора який з'єднує вітроколесо з валом генератора і підвищує при цьому у десятки разів швидкість обертання вала генератора у порівнянні з швидкістю обертання вітроколеса і тому має складну конструкцію (велику кількість зубчастих коліс, систему змащення та інше), великі вагу, розмірі і, відповідно, вартість, що підвищує вартість і зменшує надійність вітродвигуна. Відомо вітродвигун (другий аналог), який містить поворотну головку з вітроколесом, додаткові вітроколеса, перетворювач енергії, який виконано у вигляді генераторів і нерухому опору, при цьому між лопатями вітроколеса і його маточиною установлено подовжувачі на яких розміщено генератори, додаткові вітроколеса закріплено на валах генераторів, вісь обертання вітроколеса розміщено горизонтально, а генератори закріплено таким чином, що осі обертання їх валів розташовано в площинах, які розміщено паралельно до осі обертання вітроколеса (патент №49970, МКВ 7 F03D1/00, БВ №10, 15.10.2002p.). Наявність додаткових вітроколіс і розміщення їх на валах генераторів, які закріплено на подовжувачах, дозволяє використовувати швидкохідні генератори без редукторів (мультиплікаторів). Ознаками другого аналогу, що збігаються з суттєвими ознаками пристрою, який заявляється, є: наявність поворотної головки з вітроколесом, додаткових вітроколіс, перетворювача енергії, який виконано у вигляді генераторів, нерухомої опори, горизонтальне розміщення осі обертання вітроколеса, закріплення додаткових вітроколіс і генераторів на вітроколесі. Головними причинами, що перешкоджають одержанню у другому аналогу те хнічного результату пристрою, який заявляється, є дія на генератори великих відцентрових сил і невикористання енергії вітрового потоку, який охоплює подовжувачі, що призводить до дії на елементи вітроколеса і генератора великих навантажень і неповного використання енергії вітрового потоку, який охоплює вітроколесо. Таким чином, другий аналог по сукупності ознак, що збігаються з суттєвими ознаками пристрою, який заявляється, і по призначенню більш близький до пристрою, який заявляється, і тому його прийнято за прототип. Наявності в прототипі сукупності ознак, що збігаються з частиною суттєви х ознак пристрою, який заявляється, недостатньо для одержання технічного результату, який очікується від пристрою, який заявляється, тому що вказаний технічній результат отримується лише у випадку розміщення генераторів окремо від додаткових вітроколіс і відповідного (дивись формулу винаходу) закріплення і з'єднання генераторів і додаткових вітроколіс, що виключено у прототипі (згідно суттєвих ознак прототипу). В основу винаходу поставлено задачу удосконалення вітродвигуна шляхом розміщення додаткових вітроколіс на лопатях вітроколеса на відстані від 0,4 до 1,0 радіуса вітроколеса від осі обертання вітроколеса, закріплення генераторів таким чином, що осі обертання їх валів розташовано в площинах, які розміщено під кутом від 85 до 95 градусів, до осі обертання вітроколеса, кінематичного з'єднання додаткових вітроколіс з генераторами і одержання в результаті вказаних удосконалень зменшення: розмірів вітроколеса (завдяки кращому використанню енергії вітрового потоку), навантажень на елементи вітроколеса (завдяки зменшенню його розмірів і розміщенню генераторів ближче до осі обертання вітроколеса), навантажень на елементи генераторів (завдяки розміщенню генераторів ближче до осі обертання вітроколеса), довжини електричних кабелів, можливості позбавитись закрутки електричних кабелів (які з’єднано з генераторами) і, відповідно, розмірів, ваги і вартості пристрою, який заявляється, а також підвищення надійності (завдяки зменшенню навантажень на елементи вітроколеса і генераторів) при будь-яких варіантах виконання пристрою чи умовах його застосування, а також шляхом з'єднання додаткових вітроколіс по двоє з різними кінцями вала генератора за допомогою карданних валів і отримання в результаті цих додаткових удосконалень зменшення у два рази кількості генераторів і спрощення конструкції елементів вітроколеса. Суттєвими ознаками, що характеризують пристрій, який заявляється, є: наявність поворотної головки з вітроколесом, вісь обертання якого розміщено горизонтально, додаткових вітроколіс, перетворювача енергії, який виконано у вигляді генераторів, нерухомої опори, закріплення додаткових вітроколіс і генераторів на вітроколесі, розміщення додаткових вітроколіс на лопатях вітроколеса на відстані від 0,4 до 1,0 радіуса вітроколеса від осі обертання вітроколеса, закріплення генераторів таким чином, що осі обертання їх валів розташовано в площинах, які розміщено під кутом від 85 до 95 градусів, до осі обертання вітроколеса і кінематичне з'єднання додаткових вітроколіс з генераторами, а також з'єднання з кожним генератором двох додаткових вітроколіс, з'єднання додаткових вітроколіс з різними кінцями вала генератора і кінематичне з єднання додаткових вітроколіс з генераторами за допомогою карданних валів. З них відмінними від прототипу суттєвими ознаками є: розміщення додаткових вітроколіс на лопатях вітроколеса на відстані від 0,4 до 1,0 радіуса вітроколеса від осі обертання вітроколеса, закріплення генераторів таким чином, що осі обертання їх валів розташовано в площинах, які розміщено під кутом від 85 до 95 градусів, до осі обертання вітроколеса і кінематичне з'єднання додаткових вітроколіс з генераторами, а також з'єднання з кожним генератором двох додаткових вітроколіс, з'єднання додаткових вітроколіс з різними кінцями вала генератора і кінематичне з'єднання додаткових вітроколіс з генераторами за допомогою карданних валів. 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: розміщення додаткових вітроколіс на лопатях вітроколеса на відстані від 0,4 до 1,0 радіуса вітроколеса від осі обертання вітроколеса, закріплення генераторів таким чином, що осі обертання їх валів розташовано в площинах, які розміщено під кутом від 85 до 95 градусів, до осі обертання вітроколеса і кінематичне з'єднання додаткових вітроколіс з генераторами. До суттєви х ознак, що характеризують пристрій, який заявляється, тільки в окремих випадках його виконання, відносяться: з'єднання з кожним генератором двох додаткових вітроколіс, з'єднання додаткових вітроколіс з різними кінцями вала генератора і кінематичне з'єднання додаткових вітроколіс з генераторами за допомогою карданних валів. Розміщення додаткових вітроколіс на лопатях вітроколеса на відстані від 0,4 до 1,0 радіуса вітроколеса від осі обертання вітроколеса, закріплення генераторів таким чином, що осі обертання їх валів розташовано в площинах, які розміщено під кутом від 85 до 95 градусів, до осі обертання вітроколеса і кінематичне з'єднання додаткових вітроколіс з генераторами забезпечує разом (у сукупності) з відомими ознаками (наявністю поворотної головки з вітроколесом, вісь обертання якого розміщено горизонтально, додаткових вітроколіс, перетворювача енергії, який виконано у вигляді генераторів, нерухомої опори, закріплення додаткових вітроколіс і генераторів на вітроколесі) збільшення частки енергії, який сприймає вітроколесо від вітрового потоку, який воно охоплює і розташування центра ваги елементів вітроколеса ближче до його осі обертання, що дозволяє зменшити розміри вітроколеса, навантаження на елементи вітроколеса і генераторів, вагу ві троколеса, довжину електричних кабелів і, відповідно, розміри, вагу і вартість пристрою, який заявляється, а також спростити конструкцію вітроколеса, уникнути закрутки електричних кабелів (які з'єднано з генераторами) і підвищити надійність пристрою, який заявляється. З'єднання з кожним генератором двох додаткових вітроколіс, додаткових вітроколіс з різними кінцями вала генератора і кінематичне з'єднання додаткових вітроколіс з генераторами за допомогою карданних валів забезпечує зменшення у два рази кількості генераторів і спрощення конструкції елементів вітроколеса. Для більш детального роз'яснення роботи пристрою, що заявляється, далі представлено його опис і креслення, де на фіг.1, зображено загальний вигляд вітродвигуна, на фіг.2 - переріз вітроколеса вітродвигуна по фіг.1, на фіг.3 - маточину вітродвигуна по фіг.1, а на фіг.4, фіг.5, фіг.6 - елементи вітродвигуна, який виконано у різних варіантах з двома генераторами. Та, на фіг.4 зображено маточину вітродвигуна, а на фіг.5, фіг.6 перетеши вітроколіс, при цьому на фіг.6 зображено вітродвигун з використанням елементів заднього моста автомобіля. Пристрій, який заявляється, містить нерухому опору 1 (фіг.1), поворотну головку 2 з вітроколесом, вісь обертання 3 якого розміщено горизонтально і яке включає маточину 4 і лопаті 5, додаткові вітроколеса 6, які розміщено на лопатях 5 вітроколеса і з'єднано карданними валами 7 з генератором 8, і струмознімач 9, який з'єднує електричні кабелі 10 генератора 8 з електричними кабелями 11, які розміщено в нерухомій опорі 1. Осі обертання 12 (фіг.3, фіг.4) валів 13 генераторів 8 розміщено у площинах 14, якi розміщено під кутом l до осі обертання вітроколеса 3 і перпендикулярно до площини креслень. Кут l дорівнює 85...95 градусів. У варіанті з одним генератором (фіг.3) він дорівнює 90 градусів. Робота пристрою, який заявляється, здійснюється таким чином. Під дією вітру вітроколесо обертається навколо осі 3 (фіг.1), відповідно, маточина 4 і генератор 8 також обертається навколо осі 3, а лопаті 5 (фіг.2) рухаються по колу разом з додатковими вітроколесами 6 і карданними валами 7. При цьому додаткові вітроколеса 6 рухаються по колу, радіус якого дорівняє від 0,4 до 1,0 радіуса вітроколеса (фіг.1). Слід зазначити, що термін "радіус вітроколеса" означає відстань від осі обертання вітроколеса 3 до найдальшої (від неї) точки лопаті 5. Додаткові вітроколеса 6 (фіг.2) рухаються по колу, тому швидкість вітрового потоку, який діє на них, складається з геометричної суми швидкості вітру і лінійної швидкості руху додаткових вітроколіс 6 по колу. Завдяки тому, що лінійна швидкість руху додаткових ві троколіс 6 значно перевищує швидкість вітру, вони обертаються у десятки разів (у залежності від конкретного виконання пристрою) швидше ві троколеса, тому мають значно менші розміри. За допомогою карданних валів 7 додаткові вітроколеса 6 обертають вал 13 генератора 8, який по кабелях 10 (фіг.1), через струмознімач 9 передає електричну енергію на кабелі 11. При цьому кабелі 10 і та частина струмознімача 9, яку з'єднано з ними, обертаються разом з генератором 8, а та частина струмознімача 9, яку з'єднано з кабелями 11, не обертається. При змінах напрямку вітру, поворотна головка 2 повертається і весь час орієнтує вітроколесо на вітер. Конструктивні особливості вітродвигуна, який пропонується, дозволяють у конкретних варіантах його виконання змінювати місце розміщення додаткових вітроколіс 6 (далі або ближче по відношенню до осі обертання вітроколеса 3), змінюючи при цьому їх лінійну швидкість руху по колу і, відповідно, швидкість їх обертання для забезпечення найбільш повного використовування енергії вітру, і місце розміщення генераторів 8 (фіг.5, фі г.6) для забезпечення найкращої компоновки елементів вітроколеса. Пристрій, який пропонується, має суттєві переваги перед відомими вітродвигунами у випадку, коли додаткові вітроколеса розміщено на відстані від 0,4 до 1,0 радіуса вітроколеса від осі його обертання, а генератори закріплено таким чином, що осі обертання їх валів розміщено в площинах, які розміщено під кутом від 85 до 95 градусів до осі обертання вітроколеса. Коли вказана відстань менше зазначеного діапазону, то додаткові вітроколеса не забезпечують передачу на генератори усієї вітрової енергії, яку може сприймати вітроколесо, а коли більше - значно зменшується коефіцієнт корисної дії вітродвигуна. При розташуванні осей обертання валів генераторів за межами вказаного діапазону кутів значно ускладнюється конструкція вітроколеса, зростає його вага і знижується коефіцієнт корисної дії вітродвигуна. Слід зазначити, що конструктивні особливості пристрою, який заявляється, дозволяють використовувати у кінематичному з'єднані генераторів і додаткових вітроколіс елементи ведучого моста автомобіля 15 (фіг.6), що спрощує конструкцію пристрою і знижує його вартість. Таким чином пристрій, який заявляється, має суттєві переваги перед прототипом і іншими відомими пристроями аналогічного призначення. Все це сприяє швидкому впровадженню пропонуємого пристрою і його широкому застосовуванню в енергетичній промисловості.