ветродвигатель

Формула изобретения

1. Ветродвигатель, содержащий вал, на котором укреплена симметричная система радиальных спиц вала, содержащий размещенную на валу подвижную втулку-цапфу, на которой укреплена симметричная система радиальных спиц втулки-цапфы, аналогичная системе спиц вала, содержащий соединенный с цапфой механизм перемещения втулки-цапфы вдоль вала, притом, что концы спиц вала и спиц втулки-цапфы шарнирно и попарно соединены друг с другом посредством тангенциальных кинематических звеньев, а на каждой указанной паре спиц натянуты полотнища легкодеформируемого материала, образуя парусную лопасть-крыло ветродвигателя, причем длина тангенциальных кинематических звеньев такова, что при передвижении втулки-цапфы вдоль вала угол наклона тангенциальных кинематических звеньев к оси вала изменяется в заданном диапазоне.

2. Ветроколесо по п.1, отличающееся тем, что полотнища легкодеформируемого материала выполнены из упругой эластичной ткани.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области ветроэнергетики и может быть использовано как двигатель для приведения в действие электрогенератора и выработки электроэнергии с использованием наиболее экологически безопасного источника - энергии ветра.

Известна классическая схема ветроэнергетической установки, использованная, например, в изделии американской фирмы «Roralight». В состав установки входит трехлопастное ветроколесо, снабженное центробежным регулятором и приводом поворота лопастей, коллекторный электрогенератор, расположенный позади ветроколеса, стойка с поворотной опорой и хвостовое оперение флюгерного типа для установки ветроколеса на ветер (Е.М.Фатеев. Ветродвигатели и ветроустановки. М.: «Огиз - сельхозгиз», 1948, с.255). Недостатком данного технического решения является его низкий коэффициент полезного действия и сравнительно большие габариты.

Известно ветроколесо по патенту RU № 2006124135 (2008.01.20), содержащее множество равномерно расположенных лучевых валов, закрепленных на оси вращения, совпадающей с направлением ветра, на которых расположены паруса, каждый из которых прикреплен передней кромкой к соответствующему лучевому валу, отличающееся тем, что на свободном конце каждого лучевого вала закреплен кронштейн в плоскости, перпендикулярной оси лучевого вала, и каждый парус верхней кромкой соединяет лучевой вал, к которому он прикреплен передней кромкой, со свободным концом кронштейна, закрепленного на соседнем лучевом валу, при этом такое соединение лучевого вала с кронштейном соседнего лучевого вала осуществляется последовательно по периметру. В данном аналоге не предусматривается регулирование геометрических параметров ветроколеса в зависимости от силы ветра, что является непременным условием эффективной работы ветродвигателя в широком диапазоне ветрового напора и эта особенность аналога является его недостатком.

Наиболее близким к изобретению по совокупности существенных признаков, т.е. аналогом-прототипом, является ветродвигатель по патенту RU № 93028850 (1995.11.27). Ветродвигатель характеризуется тем, что его лопасти установлены на рабочем колесе с возможностью поворота в плоскости вращения рабочего колеса и стопорятся упорами в рабочем и пассивном положениях. Дополнительными отличиями предложенного ветродвигателя являются амортизация упоров, выполнение лопастей из эластичного материала, закрепленного на каркасе, снабженном при необходимости дополнительными жесткими связями, установка на тыльной стороне лопастей парашютов с фиксаторами их положения относительно лопастей. Парашюты выполнены в виде шарнирно закрепленных на тыльной стороне лопастей щитков или в виде парусов из мягкой ткани. У аналога-прототипа возможность регулирования угла атаки лопастей на ветер также не предусмотрена, поэтому использование ветродвигателя с максимальной эффективностью в условиях различного ветрового напора невозможно, так же как и у предыдущего аналога.

Изобретение имеет своей целью усовершенствование ветроэнергетического оборудования. При использовании изобретения достигаются следующие технические результаты:

1. Обеспечивается возможность регулирования угла атаки лопастей в процессе работы ветродвигателя.

2. Достигается самоустановка ветродвигателя на ветер.

Сущность изобретения заключается в следующем: ветродвигатель, содержащий вал, на котором укреплена симметричная система радиальных спиц вала, содержащий размещенную на валу подвижную втулку-цапфу, на которой укреплена симметричная система радиальных спиц втулки-цапфы, аналогичная системе спиц вала, содержащий соединенный с цапфой механизм перемещения втулки-цапфы вдоль вала, при том что концы спиц вала и спиц втулки-цапфы шарнирно и попарно соединены друг с другом посредством тангенциальных кинематических звеньев, а на каждой указанной паре спиц натянуты полотнища легкодеформируемого материала, образуя парусную лопасть - крыло ветродвигателя, причем длина тангенциальных кинематических звеньев такова, что при передвижении втулки-цапфы вдоль вала, угол наклона тангенциальных кинематических звеньев к оси вала изменяется в заданном диапазоне.

Обозначенная сущность изобретения связана с заявленными техническими результатами следующим образом соответственно:

1. Осевое перемещение втулки-цапфы по валу с помощью механизма перемещения будет сопровождаться изменением конфигурации жесткой пространственной конструкции, образованной спицей вала, спицей втулки-цапфы, соединяющим их тангенциальным кинематическим звеном и участком вала, расположенным между точкой присоединения спицы вала к валу и спицей втулки-цапфы к втулке-цапфе. Втулка-цапфа при этом будет поворачиваться относительно вала, причем жесткость конструкции будет обеспечена осевой фиксацией ее в определенном положении на валу. Эта конструкция, являющаяся каркасом парусной лопасти-крыла, будет обеспечивать увеличение угла атаки парусной лопасти-крыла при передвижении втулки-цапфы навстречу ветру и, соответственно, уменьшение угла атаки при передвижении втулки-цапфы в направлении ветра.

2. Полотнище легкодеформируемого материала, образующее лопасть крыло ветродвигателя при регулировании угла атаки, подвергается различной степени деформации в центральной и периферийной частях крыла. При минимальных значениях угла атаки средняя часть полотнища оказывается натянутой в меньшей степени, чем периферийная. При этом вся система крыльев ветродвигателя приобретает свойства фокусировать ветровой поток к центру, т.е. центр давления на ветродвигатель смещается в подветренную сторону, что обеспечивает самоустановку его «на ветер».

На чертеже изображен ветродвигатель.

Ветродвигатель содержит вал (1), на котором укреплена симметричная система радиальных спиц вала (2). На валу размещается подвижная втулка-цапфа (3), имеющая возможность линейно перемещаться вдоль вала (1) и поворачиваться относительно этого вала. На втулке-цапфе (3), в свою очередь, также укреплена симметричная система (4) радиальных спиц втулки-цапфы, аналогичная системе (2) спиц вала. Концы спиц (2) вала и спиц (4) втулки-цапфы шарнирно и попарно соединены друг с другом посредством одинаковых тангенциальных кинематических звеньев (5), а между каждой указанной парой спиц натянуто полотнище (6) упругой эластичной ткани, укрепленное на спицах (2) и (4), образуя одну лопасть-крыло ветродвигателя. Со втулкой-цапфой (3) соединен рычаг перемещения и фиксации втулки-цапфы вдоль вала (1).

Ветродвигатель функционирует следующим образом. Подвижная втулка-цапфа (3), зафиксированная на валу (1) в определенном положении с помощью рычага (7), определяет конфигурацию жесткой пространственной конструкции, элемент которой, образованный спицей (2) вала, спицей (4) втулки-цапфы, соединяющим их тангенциальным кинематическим звеном (5) и участком вала (1), расположенным между точкой присоединения спицы вала к валу и спицей втулки-цапфы к втулке-цапфе, является каркасом лопасти-крыла. При передвижении втулки-цапфы (3) вдоль вала с помощью рычага (7) изменяются геометрические параметры всей конфигурации, т.е. изменяется в заданном диапазоне угол наклона тангенциальных кинематических звеньев к оси вала, что, в свою очередь, изменяет натяжение полотна и угол атаки крыла-паруса. При этом втулка-цапфа (3), ведомая рычагом (7) и всем каркасом лопасти-крыла, поворачивается относительно вала (1) на определенный угол. Поскольку полотнище (6) ткани, образующее крыло ветродвигателя при регулировании угла атаки, подвергается различной степени относительной деформации в центральной и периферийной частях крыла, то средняя часть полотнища (6) оказывается натянутой в меньшей степени, чем периферийная. При этом вся система крыльев ветродвигателя приобретает свойства фокусировать ветровой поток к центру. Как показывают расчеты, это повышает коэффициент использования ветрового потока и смещает центр давления в подветренную сторону, что обеспечивает самоустановку ветродвигателя «на ветер».