Ветряной двигатель
Полезная модель относится к области ветроэнергетики и может быть использована, в частности, для преобразования энергии воздушного потока в электрическую энергию. В ветряном двигателе, включающем ветроколесо, укрепленное на вертикальном валу 1, содержащее жестко соединенные с валом 1 горизонтальные оси 2 и установленные с возможностью поворота лопасти 3, лопасти 3 установлены на горизонтальных осях 2, при этом двигатель снабжен ограничителями 4 поворота лопастей 3; ограничители 4 поворота лопастей 3 выполнены в виде консольных упоров, укрепленных на валу 1. Значительно уменьшается изгибающий момент на вал 1 ветряного двигателя, устраняются нарушения центровки системы относительно вала 1 и тем самым исключается радиальное биение вала 1 в подшипниках, повышается КПД, а также упрощается и повышается надежность конструкции.
Полезная модель относится к области ветроэнергетики и может быть использована, в частности, для преобразования энергии воздушного потока в электрическую энергию.
Известен ветряной двигатель, содержащий размещенное на вертикальном валу ветроколесо с поворотными лопастями, ограничители поворота лопастей, снабженные секторными дисками и подпружиненными стержнями, установленными с возможностью контактирования с дисками, механизм перевода лопастей во флюгерное положение, RU 1787208.
Недостатками этого устройства являются низкий КПД, интенсивная вибрация при работе, быстрый износ и ненадежность механизма, неравномерность вращения ветроколеса.
Известен ветряной двигатель, включающий ветроколесо, содержащее установленные на вертикальной оси махи и шарнирно закрепленные на махах лопасти, причем на каждом махе закреплена пара лопастей, имеющих общую ось вращения, параллельную оси вращения
ветроколеса, причем на каждой лопасти шарнирно закреплена тяга, соединенная с ползуном, имеющим возможность передвигаться по направляющей, закрепленной горизонтально перпендикулярно маху, на котором установлен подпружиненный ползун, взаимодействующий с одной из лопастей, RU 2057969.
Данное устройство имеет относительно постоянную скорость вращения ветроколеса, однако оно сохраняет остальные недостатки описанного выше аналога.
Известен ветряной двигатель, включающий ветроколесо, укрепленное на вертикальном валу, содержащее жестко соединенные с валом горизонтальные оси (махи), а также пары лопастей, которые установлены с возможностью поворота на вертикальных осях, размещенных на каретках, установленных на горизонтальных осях с возможностью перемещения вдоль последних. К каждой лопасти прикреплена тяга, шарнирно соединенная с ползуном, установленным с возможностью перемещения на горизонтальной направляющей, перпендикулярной горизонтальной оси (маху). Каретки подпружинены относительно упоров, выполненных на концах горизонтальных осей, RU 2313691.
Данное техническое решение принято в качестве прототипа настоящей полезной модели.
Недостатками данного устройства являются следующие: при направлении ветра перпендикулярно одной из горизонтальных осей только одна пара лопастей (на одном из концов этой горизонтальной оси) находится в раскрытом положении и участвует в создании полезного крутящего момента, обеспечивающего вращение вала; пары лопастей на концах другой горизонтальной оси закрыты и создают изгибающий момент, передаваемый на вал. Это приводит к интенсивному износу подшипников вала, требует усиления механизмов лопастей, а также увеличения диаметра вала.
Из-за увеличения трения в подшипниках, а также из-за трения кареток относительно горизонтальный осей, ползунов относительно направляющих, сжатия и растяжения пружин существенно снижается коэффициент полезного действия (КПД) всей системы. Кроме того, весьма серьезным недостатком является нарушение центровки системы относительно вала из-за возвратно-поступательного перемещения кареток, что приводит к радиальному биению вала относительно его подшипников. Следует также отметить сложность и ненадежность данной «зонтичной» конструкции.
Задачей полезной модели является значительное уменьшение изгибающего момента на вал ветряного двигателя, устранение нарушения центровки системы относительно вала и тем самым исключение радиального биения вала в подшипниках, повышение КПД, а также упрощение и повышение надежности конструкции.
Согласно полезной модели в ветряном двигателе, включающем ветроколесо, укрепленное на вертикальном валу, содержащее жестко соединенные с валом горизонтальные оси и установленные с возможностью поворота лопасти, лопасти установлены на горизонтальных осях, при этом двигатель снабжен ограничителями поворота лопастей; ограничители поворота лопастей выполнены в виде консольных упоров, укрепленных на валу.
Заявителем не выявлены какие-либо технические решения, идентичные заявленному, что позволяет сделать вывод о соответствии полезной модели критерию «новизна».
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где изображено:
на фиг.1 - вид спереди;
на фиг.2 - вид сверху;
на фиг.3 - устройство в аксонометрии.
Ветряной двигатель включает ветроколесо, укрепленное на валу 1. Ветроколесо содержит горизонтальные оси 2, жестко соединенные
с валом 1, в частности, с утолщением на его верхнем конце. Ветроколесо также содержит лопасти 3, установленные с возможностью поворота на горизонтальных осях 2. Ветряной двигатель снабжен ограничителями 4 поворота лопастей 3, в конкретном примере ограничители 4 выполнены в виде консольных упоров, укрепленных на валу 1. Вал 1 установлен в подшипниках 5 и опирается на подпятник 6, укрепленный на основании 7. Вращение от вала 1 к исполнительному механизму, в частности, к электрическому генератору передается с помощью зубчатой передачи 8.
Устройство работает следующим образом.
Лопасти 3, находящиеся в плоскости, параллельной направлению ветра, обращены в этот момент ребрами к ветру и, практически, не воспринимают ветровую нагрузку (фиг.2).
Одна из лопастей 3, находящихся на другой горизонтальной оси 2, перпендикулярной направлению ветра, поднята ветром в горизонтальное положение и также не воспринимает нагрузку от ветра; другая из лопастей на этой оси прижата ветром к ограничителю 4 ее поворота, находится в вертикальном положении и воспринимает ветровую нагрузку, крутящий момент от которой через ось 2 передается на вал 1, поворачивая его на некоторый угол. После этого ветровая нагрузка аналогичным образом воспринимается следующими лопастями по мере вращения вала 1.
Конструкция ветряного двигателя согласно данной полезной модели исключает возникновение изгибающего момента на вал; вал работает только на кручение, что уменьшает нагрузку на подшипники вала и, соответственно, их износ.
Центровка системы, практически, не меняется в процессе работы двигателя, так как отсутствуют элементы, перемещающиеся перпендикулярно продольной оси вала; это позволяет исключить радиальное биение вала в подшипниках, а также снизить трение в подшипниках; отсутствие пружин, кареток, шарниров и т.п. элементов существенно упрощает конструкцию устройства, повышает ее
надежность, а также снижает потери на трение, что обеспечивает повышение коэффициента полезного действия.
Для изготовления устройства использованы обычные конструкционные материалы и заводское оборудование. Это обстоятельство, по мнению заявителя, позволяет сделать вывод о том, что данное изобретение соответствует критерию «промышленная применимость».
1. Ветряной двигатель, включающий ветроколесо, укрепленное на вертикальном валу, содержащее жестко соединенные с валом горизонтальные оси и установленные с возможностью поворота лопасти, отличающийся тем, что лопасти установлены на горизонтальных осях, при этом двигатель снабжен ограничителями поворота лопастей.
2. Ветряной двигатель по п.1, отличающийся тем, что ограничители поворота лопастей выполнены в виде консольных упоров, укрепленных на валу.
