Ветродвигатель

Полезная модель относится к области ветроэнергетики. Задачей полезной модели является повышение надежности и долговечности ветродвигателя путем уменьшения веса приводного механизма лопастей при снижении его нагрузки. Задача достигается за счет того, что ветродвигатель состоит из каркаса ротора, включающий трубчатый элемент. На каркасе закреплены прямоугольные лопасти с возможностью поворота лопасти вокруг собственной оси и ведомыми шестернями приводного механизма на осях лопастей. Оси вращения лопастей расположены концентрично относительно вращения ротора и равноудалены друг от друга. Лопасти выполнены с возможностью противоположного вращения относительно ротора. Внутри трубчатого элемента соосно ему расположен управляющий вал, на котором укреплена управляющая шестерня. Между управляющей и ведомыми шестернями расположены сателлитные шестерни. Ветродвигатель снабжен флюгером с приводным механизмом, ведущая шестерня которого связана через сателлитные шестерни с ведомыми шестернями на осях лопастей. На осях прямоугольных лопастей установлены крыльчатки, направление вращения которых совпадает с направление вращения лопастей. Шестерни приводных механизмов выполнены из полимерного материала, например, капролона. Между валом ротора и валом генератора установлен фрикцион. Рабочее пространство ротора по периметру опор ограничено тросами. Лопасть и крыльчатка могут быть выполнены как единое целое.

Изобретение относится к области ветроэнергетики и может быть использовано при конструировании и производстве ветроэлектростанций.

Известен ветродвигатель, состоящий из вертикально установленных в опоре с возможностью поворота вокруг своих осей лопастей. Лопасти кинематически связаны с ведущей звездочкой через цепную передачу. Два прямоугольных удобообтекаемого профиля лопастей, способны, при возможном вращении вала и неподвижной ведущей звездочки, вращаться вокруг своих осей, параллельных оси вала, с угловой скоростью, в два раза меньшей угловой скорости вращения вала и направленной в сторону, противоположную вращению вала. Причем, ширина лопасти равна удвоенному расстоянию от кромки вала до оси вращения лопасти и угол, заключенный между плоскостями лопастей, равен 90 град. (патент на изобретение России №2164624, публ. 2001 г.).

Известен ветродвигатель, содержащий вращающуюся опору, на которой закреплен каркас. Каркас включает центральный трубчатый элемент. На каркасе закреплены лопасти с возможностью поворота каждой лопасти вокруг собственной оси и ведомыми шестернями на осях лопастей. Оси вращения лопастей равноудалены друг от друга и от оси ветродвигателя. Внутри трубчатого элемента соосно ему расположен управляющий вал, на котором укреплена управляющая шестерня. Между управляющей и ведомыми шестернями расположены сателлитные шестерни. На вращающейся опоре установлено средство для снятия мощности. Ветродвигатель снабжен средством управления его фазовой ориентации.

Средство управления фазовой ориентации ветродвигателя включает в себя регулирующую лопасть, жестко связанную с управляющим валом и ориентированную в вертикальной радиальной плоскости. Средство управления фазовой ориентации ветродвигателя включает в себя также средство определения ориентации ветродвигателя, последнее включает в себя два контакта, жестко связанные с регулирующей лопастью, и флюгер. (патент на полезную модель России №49136, публ. 2005 г. - прототип).

Недостатком и аналога и прототипа является утяжеленный ротор ветродвигателя за счет мощного, громоздкого привода лопастей, обеспечивающего их вращение. Необходимые для смазки цепей, звездочек, шестерен устройства дополнительно увеличивают вес ротора, что приводит к увеличению его дисбаланса и выходу ветродвигателя из строя.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение надежности и долговечности ветродвигателя путем уменьшения веса приводного механизма лопастей при снижении его нагрузки.

Задача решается за счет того, что ветродвигатель, содержащий каркас ротора, включающий центральный трубчатый элемент; на каркасе закреплены прямоугольные лопасти с возможностью поворота каждой лопасти вокруг собственной оси и ведомыми приводного механизма на осях лопастей; оси вращения лопастей расположены концентрично относительно вращения ротора и равноудалены друг от друга; лопасти выполнены с возможностью противоположного вращения относительно ротора; внутри трубчатого элемента соосно ему расположен управляющий вал, на котором укреплена управляющая шестерня; между управляющей и ведомыми шестернями расположены сателлитные шестерни; ветродвигатель снабжен флюгером с приводным устройством, ведущая шестерня которого связана через сателлитные шестерни с ведомыми

шестернями на осях лопастей. На осях прямоугольных лопастей установлены крыльчатки, направление кабочее пространство ротора по периметру опор ограничено тросами. Лопасть и крыльчатка выполнены как единое целое.

Привод ведущая шестерня на оси флюгера - ведомые шестерни на осях лопастей выполняют две функции: вращение лопастей (основное потребление энергии, передаваемое приводом) и синхронизация углового положения лопастей (незначительное потребление). За счет установки дополнительной крыльчатки привод в основном освобождается от первой функции, и его механическая нагрузка многократно уменьшается. И, тяжелый и мощный привод заменяется на легкий и маломощный. При этом металлические шестерни привода заменяются на шестерни из полимерного материала, например, капролона. Такие шестерни не требуют смазки и, соответственно, смазывающих устройств, что приводит к дополнительному снижению веса ротора ветродвигателя.

Для предохранения ветродвигателя и генератора от поломок при шторме или урагане между валом ротора и валом генератора установлен фрикцион, ограничивающий крутящий момент вала ротора на вал генератора.

Для обеспечения безопасности человека и среды его обитания рабочее пространство ротора по периметру ограничено тросами.

Выполнение лопасти и крыльчатки как единое целое дает возможность повысит технологичность изготовления и надежность ветродвигателя.

На фиг.1 представлена кинематическая схема ветродвигателя. Ветродвигатель состоит из каркаса ротора 1, вала ротора 2, вращающихся относительно верхних 3 и нижних 4 опор, скрепленных между собой стойками 5. Ветродвигатель содержит прямоугольные лопасти 6,

симметрично закрепленные на осях 7. На осях 7 лопастей 6 установлены крыльчатки 8 таким образом, чтобы направление их вращения совпадало с направление вращения лопастей 6. Ветродвигатель имеет флюгер 9, состоящий из ведущей шестерни 10 на оси 11 флюгера и сателлитных шестерен 12, установленных на валах 13, и ведомых шестерен 14, установленных на осях 7 лопастей 6. На валу ротора 2 жестко закреплен ведущий диск 15, к которому под действием пружины 16 прижат фрикционный диск 17, имеющий осевую свободу по отношению к валу фрикциона 18.

На фиг.2 представлен общий вид ветроэлектростанции, в которой применен предлагаемый ветродвигатель. Нижняя опора 4 ветродвигателя закреплена на ферме 19. Под нижней опорой 4 закреплен генератор 20. Между стойками 5, расположенными под углами опор 3 и 4, по периметру натянуты тросы 21.

На фиг.3 представлены угловые положения лопастей 6 в четырехлопастном варианте, а также - составляющие сил, действующих на лопасти 6 при северном ветре; на фиг.3а - в момент совпадения плоскости лопасти 6 с осью вращения ротора; на фиг.3б - при развороте ротора на 45 град.

На фиг.4 представлены угловые положения лопастей 6 при других направлениях ветра; фиг 4а - при западном; фиг.4б - при южном; 4в - при восточном.

Ветродвигатель работает следующим образом. Под воздействием ветра флюгер 9 устанавливает лопасти 6 через шестерни 10, 12, 14 в рабочее положение (фиг.3, 4). Под давлением воздушного потока на лопасти 6 каркас ротора 1 поворачивается, а крыльчатки 8 поворачивают оси 7 лопастей 6 в противоположном направлении. Шестерни 10, 12, 14

обеспечивают синхронизацию поворотов лопастей 7. При изменении ветра флюгер 9 поворачивает ведущую шестерню 10, которая через шестерни 12 и 14 вводит необходимую коррекцию в угловое положение лопастей 6. Пружина 17 прижимает фрикционный диск 17 к ведущему диску 15 с усилием, достаточным для передачи на генератор 20 крутящего момента при ровном ветре или при изменениях в его скорости в нормальных погодных условиях. При штормовых порывах ветра происходит пробуксовка ведущего диска 15 относительно фрикционного диска 17, что предохраняет ветродвигатель и генератор от поломок. Тросы 21, натянутые между стойками 5 опор 3 и 4, в случае аварии ветродвигателя предохранят людей и строения от вылета крупногабаритных обломков.

1. Ветродвигатель, содержащий каркас ротора, включающий центральный трубчатый элемент; на каркасе закреплены прямоугольные лопасти с возможностью поворота каждой лопасти вокруг собственной оси и ведомыми шестернями приводного механизма на осях лопастей; оси вращения лопастей расположены концентрично относительно вращения ротора и равноудалены друг от друга; лопасти выполнены с возможностью противоположного вращения относительно ротора; внутри трубчатого элемента соосно с ним расположен управляющий вал, на котором укреплена управляющая шестерня, между управляющей и ведомыми шестернями расположены сателлитные шестерни; ветродвигатель снабжен флюгером с приводным механизмом, ведущая шестерня которого связана через сателлитные шестерни с ведомыми шестернями на осях лопастей, отличающийся тем, что на осях прямоугольных лопастей установлены крыльчатки, направление вращения которых совпадает с направлением вращения лопастей.

2. Ветродвигатель по п.1, отличающийся тем, что шестерни приводных механизмов выполнены из полимерного материала, например капролона.

3. Ветродвигатель по п.1, отличающийся тем, что между валом ротора и валом генератора установлен фрикцион.

4. Ветродвигатель по п.1, отличающийся тем, что рабочее пространство ротора по периметру опор ограничено тросами.

5. Ветродвигатель по п.1, отличающийся тем, что лопасть и крыльчатка выполнены как единое целое.