Роторный ветродвигатель

Роторный ветродвигатель относится к области энергетики, сельского хозяйства. Эффективностью данной разработки является увеличение мощности, надежности работы при запуске, возможности плановой и аварийной остановки. Устройство представляет собой модуль, состоящий из вала, на котором закреплено не менее трех лопастей, содержащих элероны, часть из которых под действием ветра становится во флюгерное положение, пропуская воздушный поток, часть фиксируется стопорами, создавая максимально возможное сопротивление воздушному потоку. Это приводит к появлению крутящего момента на валу. Для увеличения мощности к модулю крепятся дополнительные лопасти как в осевом, так и в радиальном направлениях. При этом для увеличения жесткости и уменьшения материалоемкости лопасти крепятся между собой и подвешиваются к валу тросами, а также выполняются объемными (фиг.1, 5, 16). Для повышения надежности и снятия внутренних напряжений в конструкции на лопастях установлены ролики, которые катятся по беговым дорожкам (фиг.4, 5). Для повышения эффективности, возможности управления работой роторного двигателя установлено блокировочное устройство, связанное с помощью гибкой связи и двуплечих рычагов с фиксаторами, рычагом ручного управления, что дает возможность остановить двигатель в плановом порядке, и датчиком усилия, что дает возможность произвести аварийную остановку автоматически при достижении скорости ветра критической величины (фиг.3, 12, 13). Для запуска роторного ветродвигателя установлен аккумулятор энергии и стартер, связанные с валом обратной связью (фиг.16). Для надежной остановки роторного ветродвигателя, фиксаторы по команде от ручного привода или от датчика усилия одновременно поворачиваются, давая всем элеронам стать во флюгерное положение. Для надежного запуска ветродвигателя фиксаторы снабжены стопорами, которые дают возможность элеронам перейти из флюгерного положения в рабочее положение (фиг.6, 7, 8, 9, 10, 11).

1. ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ПОЛЕЗНАЯ МОДЕЛЬ.

Роторный ветродвигатель применяется в различных отраслях народного хозяйства при использовании возобновляемых источников энергии (ветер).

Роторный ветродвигатель может применяться в народном хозяйстве для забора воды из скважин в водонапорные башни, обеспечения электрической энергией ферм, зданий, мини заводов по переработке сельскохозяйственной продукции непосредственно в полевых условиях; в качестве силовых механизмов, полностью заменяющих дорогостоящие комбайны и трактора (особенно необходимость роторных ветродвигателей возникает при работе в дождливую погоду и после дождя, когда почва еще сырая и тяжелая техника вязнет в ней) при соответствующей доработке прицепного (навесного) оборудования. Это даст возможность привлечь заводы, к производству нового более дешевого оборудования, чем традиционные комбайны и трактора.

Роторные ветродвигатели можно применять в качестве двигателей транспортных средств, так как они работают независимо от направления ветра. Для этого роторную установку необходимо поставить на колесное шасси. А в речном транспорте роторную установку можно использовать в качестве силового агрегата для парома.

В горной местности роторные ветродвигатели можно использовать в качестве силовых установок подъемников на туристических базах.

Роторные ветродвигатели можно применять в качестве силовых агрегатов дробильных машин по переработке камня, а также для преобразования льда ледников в воду, установив их на скалах.

Дачные кооперативы также могут использовать роторные ветродвигатели в своих целях (забор воды из скважин, освещение дачных домиков).

С помощью роторного ветродвигателя энергию ветра можно использовать для расщепления молекул воды на кислород и водород для дальнейшего их использования в народном хозяйстве.

Роторные ветродвигатели совместно с генераторами могут быть использованы в качестве источника электрической энергии как часть РАО ЕЭС, что позволит сэкономить газ, уголь, нефть, дизтопливо, поставить дополнительно энергетические объекты на профилактику, ремонт.

2. УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ.

В журнале "Наука и жизнь" - 2001, №1 в статье "Ветродвигатель с машущим ротором" показана ветроустановка, разработанная в Исследовательском центре им. М.В.Келдыша. "Сердце" ветроустановки - четырех лопастной ротор. Он содержит центральное тело с установленными в нем двумя парами взаимно перпендикулярных валов с шестернями, которые связаны с лопастями. Потребитель мощности кинематически связан с ротором через планетарный редуктор, смонтированный также на центральном теле.

Перед началом работы лопасти устанавливают определенным образом: две поднимают вертикально вверх, а две другие располагают горизонтально и направляют в противоположные стороны. Под воздействием ветра лопасти начинают описывать сложные трехмерные траектории, напоминающие пространственные "восьмерки". С выходного вала крутящий момент передается на вал потребителя мощности.

Конструкцию ориентирует на ветер воздушный вертикальный руль механизма флюгирования. Его устанавливают перпендикулярно несущей платформе с помощью уравновешивающего механизма, включающего пару винт - подпружиненная гайка, подвижное крыло и трос. При шквальном ветре (21-25 метров в секунду) расположенное под хвостовым оперением подвижное крыло переводит установку в положение, когда лопасти оказывают наименьшее аэродинамическое сопротивление ветру. Когда скорость ветра уменьшается, она устанавливается в рабочее положение.

В журнале "Наука и жизнь" - 2003, №3 в статье "Башня из ветроэнергетических модулей" дана ветроэнергетическая установка, разработанная в Центральном аэрогидродинамическом институте - ЦАГИ, "Модуль" и многомодульные установки "Венец" и "Башня". Ветродвигатель "Модуль" с усовершенствованной аэродинамической схемой и улучшенной компоновкой. Оснащен кольцевым обтекателем профилированными кольцевыми лопатками, создающими закрутку ветрового потока на входе в ветроколесо.

Многомодульная ветроэнергетическая установка "Венец" предназначена для снабжения электроэнергией индивидуальных домов.

Многомодульная ветроэнергетическая установка "Башня" может менять высоту и мощность в зависимости от количества монтируемых на центральном теле "Модулей".

В этих конструкциях ветроколесо размещено в кольцевом обтекателе и закреплено на центральном теле с помощью профилированных лопаток. Лопатки сконструированы так, что создают предварительную закрутку ветрового потока на подходе к ветроколесу.

Известен быстроходный ортогональный многолопастной ветроагрегат для получения энергии (далее: ветроагрегат) из возобновляемого источника ветра для получения энергии разгоняется до определенной скорости от внешнего источника механической или электрической энергии. При наборе скорости от 10 до 30 м/сек., благодаря особой аэродинамической форме лопасти, возникает тянущая сила направленная навстречу общему направлению движения воздуха. Подвеска ветроагрегата может осуществляться по типу электровоза или магнитная с линейными генераторами, расположенными вдоль трассы.

Разработчик (владелец): Изобретатель Ушаков mailto:%20vetroagregat@mail.ru

Известен карусельный ветродвигатель, содержащий неподвижную ось и лопасти, установленные с возможностью независимого поворота на махах. Ветродвигатель дополнительно содержит храповые механизмы по числу лопастей, храповое колесо, каждое из которых закреплено на оси и снабжено охватывающим его кольцом, имеющим рычаг, соединенный при помощи тяги с лопастью.

Храповые механизмы, помещенные в общий корпус, связанный через махи с лопастями, содержат также храповые собачки, установленные на внутренней стороне кольца и входящие в зацепление с храповым колесом. Кроме того, корпус имеет около каждого рычага подпружиненные упоры (Авторское свидетельство №846777).

Известен преобразователь энергии, в котором одна из лопаток лопасти выполнена в виде двух пластин, установленных с возможностью поворота вокруг оси, и снабжена фиксаторами. По меньшей мере, одна из лопаток каждой лопасти может быть выполнена в виде трех пластин, средняя из которых соединена с возможностью поворота с двумя соседними и снабжена одним фиксатором. Пластины снабжены ограничителями их взаимного поворота в направлении, противоположном направлению вращения вала. Дополнительные лопасти разнесены вдоль вала, установлены парами и сгруппированы, по меньшей мере, в одну секцию, состоящую из n пар лопастей. Элемент, соединяющий вал с энергообразующим устройством, расположен на валу между двумя секциями пар лопастей (Патент №1362405 A3 МПК F 03 D 3/00, F 03 D 3 В 17/06).

Известно карусельное ветроколесо, содержащее установленные на вертикальной оси рамочные махи, снабженные упорами. И шарнирно закрепленные на махах лопасти, циклически взаимодействующие с упорами, которые выполнены в виде подпружиненных стержней, расположенных на махах со стороны вертикальной оси. Ветроколесо снабжено ограничителями. Размещенными на периферии каждого маха. А лопасть установлена с возможностью поворота относительно маха на угол, не превышающий 90° (Авторское свидетельство №1772407 А1 МПК F 03 D 3/00).

Известен парусный ветродвигатель, содержащий установленные на вертикальной оси рамы с натянутыми на них опорными сетками и расположенные на рамах парусные лопасти. Опорные сетки выполнены из упругого материала. Лопасти снабжены прямоугольными окнами и перекрывающими их клапанами, консольно закрепленными на лопастях вдоль окон, ось выполнена телескопической (Авторское свидетельство №1178931 А МПК F 03 D 3/00).

Известно изобретение, позволяющее повысить коэффициент использования энергии вера ротором ветродвигателя карусельного типа. Скоростной напор ветра отклоняет на разные углы атаки гибкие пластины прямоугольных лопастей, закрепленных своими передними кромками перпендикулярно радиусу на осях, связанных с ободами. Каждая пластина на всех участках своей траектории создает тянущую тангенциальную силу, обеспечивающую при помощи спиц вращение вертикального вала в одном направлении с большим коэффициентом использования энергии ветра (Авторское свидетельство №1650948 А1 МПК F 03 D 3/00).

Известен карусельный ветродвигатель, содержащий вертикальный вал и радиальные лопасти, каждая из которых выполнена в виде прикрепленной к валу рамы и установленных в ней с возможностью поворота относительно горизонтальных осей параллельных пластин, удаленный от вала край которых отогнут на острый угол от ее плоскости. Каждая пластина снабжена упорами, осью и ребром, расположенными на ее наветренной стороне. Ребро связано одним концом с осью с возможностью поворота относительно нее и установлено в плоскости, перпендикулярной плоскости пластины. А упоры размещены по обе стороны свободного конца ребра (Авторское свидетельство №1815412 А1 МПК F 03 D 3/00).

Известно карусельное ветроколесо, содержащее установленные на вертикальной оси рамочные махи. Снабженные упорами, и шарнирно закрепленные на махах лопасти, циклически взаимодействующие с упорами, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности при штормовом ветре, упоры выполнены в виде подпружиненных стержней, расположенных на махах со стороны вертикальной оси (Авторское свидетельство №1017814 А МПК F 03 D 3/00). Эта конструкция является наиболее близкой к предлагаемой полезной модели.

Недостатками перечисленных конструкций является: относительно малая мощность; отсутствие ручного управления работой ветродвигателей; отсутствие механизма запуска ротора после остановки; отсутствие механизма снятия внутренних напряжений в силовых элементах ротора при увеличении мощностей; отсутствие механизма автоматической остановки ротора; отсутствие механизма управления одновременно несколькими роторами.

3. РАСКРЫТИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ.

Сущность полезной модели как технического решения выражена в совокупности ее существенных признаков: наличие лопастей, представляющих собой рамки, а для больших мощностей представляют собой объемные конструкции, например, параллелепипеды, закрепленные на валу; наличие элеронов, расположенных на лопастях с возможностью поворота под действием воздушного потока; наличие фиксаторов с возможностью поворота вокруг собственной оси, содержащих стопоры с возможностью поворота вокруг оси фиксатора, а также вокруг шарнира; наличие блокировочного устройства; наличие подвижной части блокировочного устройства с возможностью плоскопараллельного перемещения вдоль вала; наличие ручного управления - рычага, кинематически связанного с блокировочным устройством; наличие датчика усилия, кинематически связанного с блокировочным с уcтройством; наличие базовой конструкции - модуля, к которому можно присоединять дополнительные лопасти и в радиальном, и в вертикальном направлениях; наличие роликов, на которые опираются лопасти; наличие беговых дорожек, по которым перемещаются лопасти на роликах; наличие тросов, посредством которых лопасти крепятся между собой и подвешиваются к валу; наличие механизма для аккумулирования энергии с положительной обратной связью для запуска роторного ветродвигателя после его плановой или аварийной остановки; количество лопастей должно быть не менее трех (обеспечивает надежную устойчивую работу).

Технический эффект полезной модели состоит в следующем:

- возможность повышения мощности роторного ветродвигателя;

- возможность ручной остановки роторного ветродвигателя;

- возможность аварийной (автоматической) остановки роторного ветродвигателя при достижении критической скорости воздушного потока;

- возможность увеличения габаритных размеров как в радиальном, так и в вертикальном направлениях;

- возможность увеличения жесткости конструкции без значительного увеличения материалоемкости;

- возможность запуска роторного ветродвигателя после его остановки;

- роторный ветродвигатель не нуждается в установке флюгера;

- увеличение надежности и устойчивой работы.

Задача преобразования энергии ветра с помощью предлагаемого роторного ветродвигателя достигается тем что:

для получения больших мощностей предлагаемый ротор представляет собой модуль, к которому можно крепить дополнительные лопасти 2 и валы 1 по высоте и в радиальном направлении (фиг.1);

- лопасти 2 ротора содержат поворотные плоскости - элероны 3, которые свободно поворачиваются вокруг собственных осей (Фиг.1, 2, 3, 4, 5);

- прикрепленные к модулю лопасти 2 дополнительно крепятся между собой и с валом 1 удерживающими тросами 10 (фиг.2, 5), что позволяет значительно уменьшить габариты и металлоемкость конструкции;

- ось вала 1 ротора расположена в пространстве перпендикулярно вектору скорости воздушного потока (фиг.1, 2, 3, 4, 5);

- лопасти 2 ротора расположены радиально в плоскостях оси вала 1 (фиг.1, 2, 3, 4, 5);

- оси элеронов можно располагать в вертикальной и горизонтальной плоскостях (фиг.1 - показано в вертикальной плоскости);

- содержат лопасти, которые снабжаются роликами 11 (фиг.4), бегущими по направляющим дорожкам 12 (фиг.4, 5);

- роторы больших мощностей конструктивно выполнены объемными в виде параллелепипеда (фиг.16);

- лопасти 2 снабжены фиксаторами 4 (фиг.2, 3, 6, 7, 8, 9, 10, 11), которые ориентируют элероны 3 в плоскости собственно лопасти 2, задерживая их в этом положении в пределах угла поворота ротора от 0 до радиан, ограничивая тем самым поворот элеронов 3 вокруг собственной оси, что создает давление ветра на лопасть в пределах угла поворота ротора от 0 до радиан;

- в целях исключения техногениых аварий, связанных с действием возможных воздушных штормовых потоков, роторный ветродвигатель снабжается блокировочным устройством 7 (фиг.2, 12, 13) и датчиком усилия (фиг.14 - вариант), с помощью которых, при достижении критической (штормовой) скорости воздушного потока разблокируются фиксаторы 4 (фиг.2, 3, 6, 7. 8, 9, 10, 11), т.е. поворачиваются, давая возможность элеронам 3 занять флюгерное положение, в результате чего воздушный поток свободно проходит сквозь лопасть 2 - сила, действующая на лопасть 2, резко уменьшается, ротор останавливается;

- для необходимой (плановой) остановки роторный ветродвигатель снабжен узлом ручного управления - рычаг 9 (фиг.2, 12, 13), который воздействует через подвижную часть блокировочного устройства 7 на фиксаторы 4 (фиг.2, 6, 7, 8, 9, 10, 11), давая возможность элеронам 3 занять флюгерное положение, в результате чего воздушный поток свободно проходит сквозь лопасть 2 - сила, действующая на лопасть 2, резко уменьшается, ротор останавливается;

- работа роторного ветродвигателя не зависит от направления воздушного потока и не требует установки флюгера. Возможны варианты, когда направляющие дорожки устанавливаются непосредственно на грунте или на опорах высотой в несколько десятков метров (фиг.5). Аналитические и графические расчеты показывают, что эффективная работа предлагаемой конструкции проявляется при условии, что количество лопастей ротора будет не менее 3 и составляют между собой равные углы (например, угол 120° для трех лопастей)

- наличие аккумуляторов энергии с обратной связью с ротором позволяет производить запуск роторного ветродвигателя, как в начальный момент, так и после вынужденной или плановой остановки (фиг.15).

Отличительные признаки:

- применение модуля, как базовой конструкции, к которой можно присоединять дополнительные лопасти и в радиальном, и в вертикальном направлениях с целью увеличения мощности;

- применение тросов, на которых подвешиваются к валу модуля дополнительные лопасти, и тросов, которыми крепятся между собой лопасти в горизонтальной плоскости в виде паутины, что позволяет получить необходимую жесткость и уменьшить вес и металлоемкость при увеличившихся при этом габаритах ротора;

- выполнение лопастей в виде параллелепипедов, что увеличивает момент сопротивления конструкции;

- применение элеронов, совершающих необходимый поворот для приема воздушного потока в пределах угла поворота ротора от 0 до радиан, а в пределах угла поворота ротора от до 2 радиан - для установки во флюгерное положение, что и создает крутящий момент на валу ротора;

- применение фиксаторов обеспечивает элеронам ограниченный поворот в пределах угла поворота ротора от 0 до радиан для выполнения ими прямого назначения - принять нагрузку воздушного потока;

- применение стопоров в составе фиксаторов обеспечивает ограничение поворота элеронов, установку элеронов во флюгерное положение и возвращение их в исходное положение;

- применение блокировочного устройства обеспечивает совместно со стопорами, фиксаторами и датчиком усилия автоматическую остановку ротора (при скорости ветра 21-25 м/сек), а с блоком управления - остановку оператором вручную;

- количество лопастей, которое не менее трех, обеспечивает надежную и устойчивую работу;

- применение аккумуляторов энергии, связанных положительной обратной связью с ротором позволяет производить запуск ветродвигателя, как в начальный момент, так и после плановой или аварийной остановки.

В целом ротор может быть выполнен из металла и легких прочных материалов.

4. ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ.

Перечень деталей:

1 - вал; 2 - лопасть; 3 - элерон; 4 - фиксатор; 5 - рычаг двуплечий; 6 - тросик; 7 - подвижная часть блокировочного устройства; 8 - шайба подвижная; 9 - рычаг ручного управления; 10 - тросик; 11 - ролик; 12 - беговая дорожка; 13 - основание, 14 - опора; 15 - ось; 16 - корпус; 17 - стопор; 18 - рычаг; 19 - пружина возвратная; 20 - пружина возвратная; А - передняя поверхность стопора; Б - задняя поверхность стопора; 21 - направляющая; 22 - пружина тарированная; 23 - парус; 24 - тросик; 25 - направляющий ролик; 26 - крышка поворотная; 27 - корпус; 28 - направляющая, 29 - аккумулятор, 30 - стартер.

На Фиг.1 показан ротор, содержащий вал 1, лопасти 2, элероны 3. Направление ветра показано прямыми стрелками: длинными стрелками показано свободное прохождение воздушного потока сквозь

лопасти, элероны которых находятся во флюгерном положении; короткими стрелками показано, что воздушный поток не проходит сквозь лопасти и создает давление на лопасть.

Фигурной стрелкой показано направление вращения ротора, причем независимое от направления воздушного потока.

Жирными линиями показан модуль ротора (вал 1, лопасти 2, элероны 3). Тонкими линиями показаны дополнительные вал 1, лопасти 2, элероны 3 для получения больших мощностей. Дополнительные лопасти крепятся к модулю и по высоте, и радиально.

На Фиг.2 показан роторный ветродвигатель (фронтальный вид). Лопасти 2 закреплены на оси 1. Элерон 3 (справа от оси) под действием воздушного потока прижат к стопору фиксатора 4, что увеличивает площадь поверхности лопасти 2 до максимума, создавая максимальное усилие, вызывающее крутящий момент на валу 1. Элерон 3 (слева от оси) воздушным потоком отжат от фиксатора 4 и находится во флюгерном положении, что уменьшает площадь лопасти 2 до минимума, давая возможность воздушному потоку свободно пройти через лопасть 2. Фиксаторы 4 закреплены на лопасти 2 и соединены тросиками 6 через двуплечие рычаги 5 с подвижной шайбой 8, которая находится в верхнем положении. Подвижная шайба 8 имеет возможность перемещаться вдоль вала 1, совершая вращательное движение вместе с валом. Деталь поз.7 представляет собой полый цилиндр с возможностью перемещения вдоль вала 1, кинематически связан с рычагом 9 ручного управления и датчиком усилия 10. Совокупность деталей поз.7 и подвижной шайбы 8 представляет собой блокировочное устройство, а деталь поз.7 - подвижная часть блокировочного устройства. При вращении вала 1 совместно с лопастями 2 подвижная часть 7 блокировочного устройства вращательного движения не совершает. Рычаг 9 и датчик усилия 10, воздействуя на подвижную часть 7, перемещают в нижнее положение подвижную часть 7 блокировочного устройства, а она давит на подвижную шайбу 8, перемещая ее в нижнее положение. Подвижная шайба 8 тянет за собой тросики 6, поворачивая двуплечие рычаги 5 и фиксаторы 4. Тросики 10 удерживают лопасти 2 в подвешенном состоянии. Пунктирными линиями показано положение рычага управления 9 и подвижной части 7 блокировочного устройства после их перемещения.

На Фиг.3 показан роторный ветродвигатель - вид сверху: четыре лопасти 2, по два элерона 3 на каждой лопасти, по два фиксатора 4 на каждой лопасти, пунктирными линиями показаны положения лопастей

2 и элеронов 3 при вращении ротора. Элероны 3, находящиеся в пределах угла поворота ротора от 0 до радиан, под действием воздушного потока (показан стрелками) прижаты к фиксаторам 4, чем создают максимальную парусность этих лопастей. Элероны 3, проходящие через положение угла под действием воздушного потока поворачиваются вокруг своих осей (показано фигурными стрелками) и отходят от фиксаторов 4, становясь во флюгерное положение. Элероны 4, находящиеся в пределах угла больше до 2 уже во флюгерном положении, что уменьшает парусность лопастей 2 до минимума.

На фиг.4 показан ротор, лопасти 2 которого снабжены роликами 11, которые катятся по беговой дорожке 12. Такая схема позволяет значительно уменьшить внутренние напряжения, а также сократить количество материала силовых частей лопастей, не уменьшая при этом прочности. Такая схема приемлема при конструировании ветродвигателей больших мощностей.

На фиг.5 показан роторный ветродвигатель, установленный на опорах 13. Лопасти 2 подвешены на тросах 10 к валу 1. Беговая дорожка 12 установлена на опорах 13. Лопасти 2 снабжены роликами 11, которые катятся по беговой дорожке12. Такая схема приемлема при слабых приземных ветровых потоках.

На фиг.6 показан фиксатор 4 - вид спереди. Пунктирными линиями показаны положения стопора 17 и рычага 18 после поворота (показано фигурной стрелкой).

На фиг.7 показан фиксатор 4 - вид сбоку. Корпус 16 в виде втулки размещается на оси 15, которая жестко закреплена на опоре 14. К корпусу 16 жестко закреплен рычаг 18 и шарнирно закреплен стопор 17. Спиральная пружина 19 установлена на оси 15 и удерживает корпус 16 в рабочем положении. Цилиндрическая пружина 20 удерживает стопор 17 в вертикальном положении. Буквой "А" обозначена передняя поверхность стопора 17, буквой "Б" - задняя.

На фиг.8 показан фиксатор 4 - вид сбоку. При запуске ветродвигателя от постороннего источника энергии (после остановки) элероны 3, находящиеся во флюгерном положении в пределах угла поворота от 0 до радиан, начинают движение в составе лопасти и при переходе лопастью черты, соответствующей углу радиан, под действием набегающего воздушного потока элероны остаются во флюгерном положении и начинают отставать от лопасти, при этом давят на стопоры 17 со стороны поверхности "Б" и поворачивают

стопоры 17. На фиг.8 запечатлен этот момент (элероны и лопасти не показаны). Это дает возможность элерону занять исходное положение для автоматического возобновления вращательного движения ротора.

На фиг.9, 10, 11 показаны кинематические схемы фиксатора для более полного понимания фиг.6-8.

На фиг.12, показана кинематическая схема подвижных деталей ротора, находящихся в исходном состоянии. От датчика усилий и рычага 9 сигнал на остановку ротора не поступает. Подвижная шайба 8 находится в крайнем верхнем положении. Подвижная часть 7 блокировочного устройства находится в крайнем верхнем положении и в зацепление с подвижной шайбой 8 не входит. Пружина 19 удерживает фиксатор 4 в рабочем положении.

На фиг.13 показана кинематическая схема деталей ротора, после воздействия сигнала от датчика усилия или от рычага 9. При подаче сигнала от датчика усилия или от рычага 9 подвижная часть 7 блокировочного устройства двигаясь вниз, давит на подвижную шайбу 8. Подвижная шайба 8, двигаясь вниз, тянет тросик 6, поворачивая двуплечий рычаг 5 (против часовой стрелки), поворачивая фиксатор 4 (по часовой стрелке), растягивая пружину 19.

На фиг.14 показан датчик усилия (вариант). Воздушный поток воздействует на парус 23, который перемещается вдоль направляющей 21, сжимает тарированную пружину 22, тянет за собой тросик 24, который тянет вниз подвижную часть 7 блокировочного устройства.

На фиг.15 показана схема работы ветродвигателя с установленными аккумулятором и стартером, связанными обратной связью (показана стрелками). Для запуска ветродвигателя по команде оператора сигнал (электрический, механический, гидравлический и т.д.) от аккумулятора 29 подается на исполнительный механизм - стартер 30, который приводит во вращательное движение. Как только элероны одной из лопастей будут прижаты к стопорам фиксаторов в секторе угла поворота ротора от нуля до 180°, ротор начнет вращаться уже от воздушного потока, а стартер 30 отключается от аккумулятора.

На фиг.16 показаны лопасти, слева - в виде плоской конструкции, справа - в виде объемной конструкции, например, параллелепипеда.

5. ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ.

Полезная модель может быть реализована:

- в качестве источника электрической энергии для питания садовых домиков,

- как источник электроэнергии для питания минизаводов по переработке сельскохозяйственной продукции,

- в качестве источника электрической энергии для питания насосов подачи воды из скважины в башню,

- в качестве энергетической установки (вместо тракторов и комбайнов) совместно со специальным оборудованием для работы на сельскохозяйственных полях по обработке почвы, посевах, сбору урожая;

- в качестве источника электрической энергии для питания электроприемников отдельно стоящих ферм;

- в качестве составной части единой энергетической системы РАО ЕЭС.

РАБОТА РОТОРНОГО ВЕТРОДВИГАТЕЛЯ.

В исходном состоянии рычаг 9 (фиг.2, 12) находится в нижнем положении, подвижная часть блокировочного устройства 7 (фиг.2, 12) - в верхнем положении, фиксаторы 4 (фиг.2, 6, 9) - в рабочем положении. Сплошными линиями (фиг 2) обозначено исходное положение подвижных деталей, а пунктирными - положение их после перемещения под воздействием силы.

С появлением ветра сначала нагрузку воспринимают элероны 3, которые начинают поворачиваться вокруг своих осей и прижиматься к фиксаторам 4 лопастей, находящихся в пределах угла от 0 до радиан.

Вращение элеронов 3, лопастей 2, находящихся в пределах угла поворота ротора от 0 до радиан ограничено фиксаторами 4 (фиг.2, 3), установленными на лопастях 2. Элероны 3 лопастей 2, находящихся в пределах угла поворота ротора от 0 до радиан (принимаем угол равным нулю в таком положении ротора, при котором плоскость одной из лопастей параллельна вектору скорости воздушного потока, а направление от оси ротора до конечной точки лопасти противоположно вектору скорости воздушного потока), повернувшись под действием ветра, останавливаются фиксаторами 4 (фиг.2, 3), образуя сплошную поверхность лопасти 2 (фиг.2, 3). Теперь лопасть 2, находящаяся в пределах угла поворота ротора от 0 до радиан воспринимает нагрузку элеронов 3, что приводит к появлению вращающего момента на валу ротора. А так как диаметрально противоположные лопасти 2, находящиеся в пределах угла поворота ротора от до 2, двигаются против действия воздушного потока, то их элероны 3 поворачиваются,

удаляясь от фиксаторов 4, и принимают флюгерное положение, при котором их плоскости становятся параллельно вектору скорости воздушного потока (фиг.2, 3). Сопротивление ветру этих лопастей минимально - воздушный поток проходит сквозь лопасть между элеронами.

Таким образом, на лопастях 2, которые находятся в пределах угла поворота ротора от 0 до радиан, создается сила, являющаяся источником вращающего момента. Вращение ротора становится непрерывным при наличии воздушного потока и количества лопастей ротора не менее 3.

ОСТАНОВКА РОТОРА.

С целью проведения плановой остановки ротора предусмотрено блокировочное устройство 7 (фиг.2, 12, 13), узел ручного управления 9 (фиг.2, 12, 13), кинематически связанные, например, тросиком 6 через двуплечие рычаги 5 с фиксаторами 4 (фиг.2, 12, 13). Вместо двуплечих рычагов можно применить направляющие блочки, через которые перекинуты тросики 6.

Остановка ротора производится оператором следующим образом. Воздействуя на рычаг 9 (фиг.2, 13), усилие оператора передается на подвижную часть блокировочного устройства 7 (фиг.2, 13), которая, перемещаясь вниз вдоль вала 1 ротора (показано стрелкой), увлекает за собой подвижную шайбу 8 (фиг.2, 13). Подвижная шайба 8 передает усилие через жестко закрепленные к ней тросики 6, двуплечие рычаги 5 на фиксаторы 4 всех лопастей ротора.

Фиксаторы 4 поворачиваются вокруг своих осей, а вместе с ними и стопоры 17 (фиг.7, 10) освобождая путь для поворота элеронов лопастей, находящихся в пределах угла от 0 до радиан. Под действием воздушного потока элероны 3 поворачиваются, занимая флюгерное положение. Сопротивление лопастей 2, находящихся в пределах угла поворота ротора от 0 до радиан, становится минимальным - вращающий момент исчезает, ротор останавливается.

Для возобновления вращения ротора рычаг 9 переводится в исходное положение (фиг.2, 12). Возвратная пружина 19 (фиг.6, 9) возвращает фиксатор 4 в исходное положение. С помощью аккумулятора 29, стартера 30, связанных с ротором положительной обратной связью фиг.15, ротору придается вращательное движение на угол, при котором ближайшая лопасть 2, находящаяся в пределах угла от до 2 радиан, займет положение в пределах угла 0 радиан, где произойдет остановка вращения элеронов 3 фиксаторами 4 (фиг.2),что необходимо для

появления вращающего момента - источника дальнейшей работы ротора.

РАБОТА РОТОРНОГО ВЕТРОДВИГАТЕЛЯ В АВАРИЙНОМ РЕЖИМЕ.

С целью исключения техногенных аварий ротора при воздушных штормовых потоках предусматривается установка датчика усилия (фиг.14 - вариант). Работа таких датчиков может быть применена на различных физических способах действия (электрические, механические и т.д.). Кинематически датчик усилия (фиг.2, 12, 13) связан с фиксаторами 4 через подвижную часть блокировочного устройства 7, подвижную шайбу 8, тросики 6 и двуплечие рычаги 5.

При достижении скорости воздушного потока, равной штормовой, датчик усилия (фиг.14) выдает сигнал в виде силы, воздействующей через подвижную часть блокировочного устройства 7, подвижную шайбу 8, тросики 6, двуплечие рычаги 5 на фиксаторы 4 (фиг.2, 12, 13). Работа перечисленных деталей и элеронов 3 лопастей 2, находящихся в пределах угла поворота ротора от 0 до радиан, аналогична работе при плановой остановке оператором, т. е. все элероны 3 лопастей 2 ротора, повернувшись, займут флюгерное положение. Сопротивление воздушному потоку всех лопастей в этом случае практически одинаково и минимально. Вращающий момент лопастей исчезает - ротор останавливается. Общая нагрузка на ротор при штормовом ветре остается ниже критической (не разрушительной).

Так как все элероны всех лопастей развернуты (крутящий момент отсутствует), то для дальнейшего возобновления вращения ротора его необходимо повернуть усилием извне (на фигурах не показано) на такой угол, чтобы ближайшая лопасть, находящаяся в пределах угла от до 2 радиан, переместилась в угол более 2 радиан, т.е. в первый квадрант, где произойдет захват элеронов воздушным потоком и прижим их к стопорам 17 фиксаторов 4 (фиг.2, 3) а значит к увеличению площади поверхности лопасти, что в свою очередь приведет к появлению крутящего момента. Ротор начинает вращение.

Работа фиксатора при вращении ротора.

Подвижные детали фиксаторов удерживаются в рабочем положении с помощью пружин возвратных 19 и 20 (фиг.6, 9). Это состояние поддерживается на протяжении всего времени вращения ротора.

Под действием воздушного потока элерон прижат к фиксатору в переднюю поверхность (А) стопора 17 (фиг.7,10). Это создает парусность лопасти, находящейся в пределах угла от 0 до радиан.

Лопасть совершает поворот с валом, выполняя работу только до точки, соответствующей углу радиан. А в это же время диаметрально противоположные лопасти с минимальной парусностью, находящиеся в пределах угла от до 2, жестко закрепленные на валу, двигаются против действия силы воздушного потока. Резкое уменьшение парусности лопасти происходит при переходе лопасти точки, соответствующей углу л радиан, так как воздушный поток будет действовать на лопасть уже с другой стороны и элероны отходят от фиксаторов и занимают флюгерное положение. Воздушный поток свободно проходит через лопасть между элеронами (фиг.3).

Работа фиксатора во время остановки ротора оператором.

В исходном положении все элероны всех лопастей, находящихся в пределах угла от 0 до радиан, прижаты к передней поверхности (А) стопора 17 фиксатора 4 (фиг.6, 9), создавая крутящий момент на валу ротора. С целью остановки ротора оператор перемещает рычаг 9 (фиг.2, 13). Рычаг 9 другим концом воздействует на подвижную часть 7 блокировочного устройства. Подвижная часть 7 блокировочного устройства, перемещаясь вниз, давит на подвижную шайбу 8, которая с помощью тросиков 6 поворачивает двуплечие рычаги 5 (фиг.2, 13). Другие плечи двуплечих рычагов 5 через тросики 6 тянут рычаги 18 фиксаторов 4 (фиг.6, 9). Корпус фиксатора, поворачивается вокруг своей оси, а вместе с ним поворачивается и стопор 17 (фиг.7, 10). Стопор 17 выходит из зацепления с элероном, освобождая ему путь для совершения поворота под действием силы воздушного потока. Повернувшись, элероны лопастей, находящихся в пределах угла от 0 до радиан, становятся во флюгерное положение. Воздушный поток свободно проходит через лопасти, крутящий момент исчезает - ротор останавливается.

Работа фиксатора от воздействия датчика усилия.

В исходном положении все элероны всех лопастей, находящихся в пределах угла от 0 до радиан, прижаты к передней поверхности "А" стопора 17 фиксатора 4 (фиг.6, 9), создавая крутящий момент на валу ротора.

При усилении ветра до величины, при которой возможно разрушение ротора, сигнал в виде усилия поступает на подвижную часть 7 блокировочного устройства (фиг.2, 13), перемещая ее вниз.

Далее все происходит аналогично сказанному выше, когда остановка ротора производится от действия оператора на рычаг 9.

Работа фиксатора при возобновлении вращения ротора.

Независимо от способа остановки ротора возобновление его вращения происходит по одной схеме. Схема работы фиксатора состоит в следующем. Оператор возвращает рычаг 9 (фиг.2, 12) в исходное положение (что соответствует исчезновению сигнала датчика усилия в результате ослабления штормового ветра). Подвижная часть 7 блокировочного устройства поднимается вверх, снимая давление с подвижной шайбы 8 (фиг.2, 12). Пружина 19 фиксатора (фиг.6, 9) возвращает в исходное положение фиксаторы 4, двуплечие рычаги 5, стопорную шайбу 8 (фиг.2, 12).

Как только все указанные детали заняли исходное положение, необходимо повернуть ротор от внешнего источника энергии фиг.15 (для этого служит аккумулятор 29 и стартер 30, связанные с ротором положительной обратной связью) на угол, при котором хотя бы одна лопасть из угла от до 2 прошла бы нулевой (2) градус, где она теперь будет находиться в пределах угла от 0 до радиан. Здесь под действием воздушного потока элерон будет прижат к фиксатору, т.е. к передней поверхности (А) стопора. Появляется крутящий момент - ротор возобновляет вращение от воздушного потока. Что происходит с деталями лопасти в это же время на противоположном полюсе, т.е. при переходе ее из угла радиан? После вынужденной остановки ротора элероны лопастей, находящихся в пределах угла от 0 до радиан, расположены за фиксаторами, т.е. теперь уже со стороны поверхности (Б) стопора фиксатора (фиг.8, 11). При переходе лопасти точки, соответствующей радиан, лопасть меняет направление движения на противоположное. Теперь воздушный поток прижимает элерон к поверхности "Б" стопора (фиг.8, 11). Стопор отклоняется и пропускает элерон. Элерон занимает положение со стороны (А) стопора, т.е. исходное положение, при котором появляется крутящий момент.

Под действием пружины 20 стопор 17 (фиг.6, 9) фиксатора возвращается на свое исходное место.

Таким образом, данная конструкция обладает высокой надежностью, позволяет создать ветродвигатель большой мощности с

минимальной материалоемкостью, а также возможностью управления запуском, плановой и аварийной остановкой.

1. Роторный ветродвигатель, который состоит из вертикального вала, закрепленного на основании с возможностью вращения вокруг собственной оси, закрепленные на валу лопасти, каждая из которых содержит элероны, с возможностью поворота, фиксаторы, отличающийся тем, что ротор является модулем, к которому крепятся дополнительные лопасти и валы по высоте и в радиальном направлении, кроме того, фиксатор, закрепленный на лопасти с возможностью поворота, соединен гибкой связью и двуплечими рычагами с блокировочным устройством, которое в свою очередь соединено с датчиком усилия, а также с рычагом, приводящим блокировочное устройство в действие.

2. Роторный ветродвигатель по п.1, отличающийся тем, что прикрепленные к модулю дополнительные лопасти снабжаются роликами, опирающимися на установленные направляющие дорожки.

3. Роторный ветродвигатель по п.1, отличающийся тем, что лопасти крепятся между собой тросами, а также подвешиваются к валу тросами.

4. Роторный ветродвигатель по п.1, отличающийся тем, что фиксаторы, имеющие возможность поворота вокруг своей оси, снабжаются стопорами, имеющими возможность поворачиваться как вместе с фиксаторами вокруг общей оси, так и самостоятельно в шарнирном соединении.

5. Роторный ветродвигатель по п.1, отличающийся тем, что количество лопастей должно быть не менее трех.

6. Роторный ветродвигатель по п.1, отличающийся тем, что установлен аккумулятор и стартер, связанные с ротором обратной связью.

7. Роторный ветродвигатель по п.1, отличающийся тем, что каркас лопасти больших мощностей выполнен объемным.