Двойной ветропривод

Полезная модель направлена на увеличение мощности, энергоемкости, повышение коэффициента полезного действия, уменьшение габаритных размеров и расширение сферы применения энергетических установок, использующих силу ветра. Указанные задачи достигаются применением двух роторных ветроколес с вертикальными осями вращения, установленных вместе параллельно друг другу в поворотном механизме, который включает в себя поворотную плоскость, крышку и защитный экран. Поворотный механизм обеспечивает ориентацию обоих ветроколес против ветра, поворачиваясь вокруг оси рабочего вала. При этом рабочий вал может быть установлен в неподвижной опорной платформе, либо совмещен с осью вращения вала одного из ветроколес. Лопасти одного ветроколеса попеременно входят в промежутки между лопастями другого, при этом они могут передавать рабочее усилие непосредственно через специальный профиль лопасти, подшипники качения, установленные на концах лопастей, либо через шестеренную и дополнительную (цепью, зубчатым ремнем, жестким или гибким валом) передачи, с помощью которых соединяются валы обоих ветроколес. Лопасти обоих ветроколес могут быть выполнены подпружиненными и складывающимися, что позволит уменьшить габаритные размеры двойного ветропривода практически до размеров одинарного ветроколеса.

В современном техническом мире идут постоянные поиски альтернативных источников энергии. Энергия воздушного потока (ветра) используется человечеством с древних времен. Однако широкое распространение ветрогенераторов наталкивается на их конструктивный недостаток - малую энергоемкость. Относительно небольшие по мощности ветрогенераторы представляют собой громоздкие и сложные сооружения. В качестве привода ветрогенераторов используются ветроколеса различных конструкций.

Классические лопастные ветроколеса с горизонтальной осью вращения имеют большой гироскопический момент инерции. Неповоротливость лопастного ветроколеса при изменении направления ветра ведет к снижению его коэффициента полезного действия (КПД). Роторные ветроколеса с вертикальной осью вращения быстро реагируют на изменение направления ветра, что повышает их КПД. Однако половина лопастей роторного колеса вращается против потока ветра, что также снижает его возможный КПД.

Для увеличения КПД роторного ветроколеса применяют экраны, которые закрывают нерабочую половину ротора, либо лопасти ротора с обеих сторон выполняются различной формы, которая обусловливает различный коэффициент сопротивления воздушному потоку. Ротор вращается за счет разницы давлений на различные стороны лопастей, при этом используется не вся энергия ветра, а только часть ее.

Увеличить количество рабочих лопастей можно, установив рядом два ветроколеса роторного типа, как это сделано в ветродвигателе (патент на полезную модель RU 68075 U1).

Недостатки этой конструкции:

1. Установка является простым объединением двух, установленных рядом независимо друг от друга, ветродвигателей. При этом габаритные размеры ветродвигателя увеличиваются также вдвое, что является усложнением конструкции.

2. На валу каждого ветроколеса устанавливается отдельный генератор, что также усложняет конструкцию ветродвигателя.

3. Ветродвигатель разворачивается на ветер вокруг оси, расположенной в его носовой части, оба вала ветроколес описывают соответственно дугу окружности, вследствие чего затруднена передача механической энергии от обоих ветроколес, что снижает область применения ветродвигателя.

4. В момент поворота рабочих лопастей между ними появляется зазор, в котором теряется часть энергии ветра, что снижает КПД ветродвигателя.

Я предлагаю улучшить рассмотренный ветродвигатель, выбранный в качестве прототипа.

Двойной ветропривод показан на рис.1.

На неподвижной опорной платформе 6 установлен механизм поворота, в который входит поворотная плоскость 1, крышка 5 и защитный экран 3. Внутри механизма поворота установлены два роторных ветроколеса: вспомогательное 2 и основное 4 с параллельными вертикальными осями вращения и лопастями 11 и 12. Лопасти каждого ветроколеса, вращающиеся против направления ветра и закрытые защитным экраном, попеременно входят в промежутки между лопастями другого. Основное ветроколесо 4 передает усилие вращения от воздействия ветра через вал и шестерню 8 на шестерню 9 рабочего вала 7, установленного в неподвижной опорной платформе 6. Усилие от вспомогательного ветроколеса 2 передается на основное ветроколесо 4 через полосу 10 в виде эвольвентного профиля, закрепленную на каждой лопасти обоих ветроколес.

Во время работы двойного ветропривода механизм поворота вращается в потоке ветра вокруг оси рабочего вала 7, оси вращения обоих ветроколес перемещаются в пространстве параллельно самим себе, что обеспечивает отсутствие гироскопического эффекта, как и в случае применения одного ветроколеса.

Возможные варианты двойного ветропривода показаны на рис.2. Стрелками показано направление потока.

Здесь во всех вариантах 1 - поворотная лопасть, 2 и 4 - ветроколеса, 3 - защитный экран.

На рис.2 а) показан вариант двойного ветропривода, у которого лопасти обоих ветроколес попеременно входят в промежутки между лопастями друг друга, но усилие ветра друг другу не передают. Усилие ветра передается через отдельную шестеренную передачу 5, при этом вал основного ветроколеса 4 является одновременно и рабочим валом, и осью вращения механизма поворота.

На рис.2 б) показан вариант двойного ветропривода. у которого, как и в варианте 2 а) лопасти обоих ветроколес попеременно входят в промежутки между лопастями друг друга, но усилие ветра друг другу не передают. Усилие ветра со вспомогательного ветроколеса 4 передается на основное ветроколесо 2 через промежуточную шестерню 5, которая в свою очередь приводится через дополнительную передачу 6. Дополнительная передача - цепная, зубчатым ремнем, жестким или гибким валом.

Компактная установка ветроколес позволяет дополнительно увеличить КПД за счет упорядочивания воздушного потока с помощью изменения формы защитного экрана.

На рис.2 в) показан экран выпуклой (обтекаемой) формы, снижающей сопротивление потоку воздуха.

На рис.2 г) показан защитный экран вогнутой формы, позволяющей рационально организовать воздушный поток.

На рис.2 д) показан вариант защитного экрана с наименьшими размерами за счет того, что подпружиненные лопасти 2 и 4 обоих ветроколес могут складываться, поворачиваясь на шарнирах 5. Повороту лопасти в другую сторону препятствует упор 6. Этот вариант двойного ветропривода может иметь наименьшие габаритные размеры при максимальной мощности.

На рис.2 е) показан вариант двойного ветропривода, при котором весь механизм поворота выполнен в виде закрытого кожуха 5 с воздухоприемным раструбом 6, в котором расположены каналы, направляющие поток воздуха на лопасти ветроколес. При этом мощность ветропривода повышается за счет увеличения скорости воздушного потока в сужающихся каналах.

Существенное отличие предлагаемой конструкции от прототипа в том, что лопасти одного ветроколеса попеременно входят в промежутки между лопастями другого, есть возможность упорядочивания воздушного потока, действующего на внешние лопасти ветроколес, а рабочий вал всегда установлен в неподвижной опорной платформе, что позволяет использовать двойной ветропривод в качестве силовой установки с прямым механическим приводом для любого типа механизмов.

Это ведет к положительному эффекту:

1. Мощность ветропривода увеличивается за счет установки дополнительного ветроколеса.

2. Габаритные размеры ветропривода уменьшаются за счет сдвига осей ветроколес.

3. Повышаются КПД и энергоемкость ветропривода.

4. Расширяется сфера применения ветропривода.

1. Ветропривод, состоящий из опорной платформы, укрепленного на ней механизма поворота, в который входят поворотная плоскость, крышка и защитный экран, а также размещенных внутри поворотного механизма двух ветроколес с параллельными вертикальными осями вращения, отличающийся тем, что лопасти одного ветроколеса входят в промежутки между лопастями другого, каждая лопасть сверху и/или снизу имеет полосу в виде эвольвентного профиля для передачи рабочего усилия, а ось вращения механизма поворота совмещена с осью вращения рабочего вала ветропривода, установленного на опорной платформе.

2. Ветропривод по п.1, отличающийся тем, что на внешней стороне каждой лопасти вспомогательного ветроколеса установлены подшипники качения, с помощью которых передается усилие на лопасти основного ветроколеса.

3. Ветропривод по п.1, отличающийся тем, что лопасти каждого ветроколеса попеременно входят в промежутки между лопастями другого, не взаимодействуя между собой, валы ветроколес соединены через шестеренную передачу, ось вращения механизма поворота совмещена с осью вращения основного ветроколеса, которое установлено на опорной платформе, и вал которого является рабочим валом ветропривода.

4. Ветропривод по п.3, отличающийся тем, что вспомогательное ветроколесо соединено с основным через промежуточную шестерню и дополнительную передачу зубчатым ремнем, бесконечной цепью, жестким либо гибким валом.

5. Ветропривод по п.4, отличающийся тем, что оба ветроколеса соединены с рабочим валом, установленным в неподвижной опорной платформе, одно - через шестерню, а другое - через промежуточную шестерню и дополнительную передачу зубчатым ремнем, бесконечной цепью, жестким либо гибким валом, при этом осью вращения механизма поворота является ось рабочего вала.

6. Ветропривод по пп.1-5, отличающийся тем, что передняя поверхность защитного экрана имеет выпуклую (обтекаемую) форму.

7. Ветропривод по пп.1-5, отличающийся тем, что передняя поверхность защитного экрана имеет вогнутую форму, необходимую для формирования воздушного потока.

8. Ветропривод по пп.1-5, отличающийся тем, что механизм поворота выполнен в виде закрытого кожуха с воздухоприемным раструбом, в котором установлены оба ветроколеса и защитный экран, а также расположены каналы, направляющие потоки воздуха раздельно на внешние лопасти основного и вспомогательного ветроколес.

9. Ветропривод по пп.3-5, отличающийся тем, что подпружиненные лопасти обоих ветроколес имеют возможность складывания.