ВЕТРОДВИГАТЕЛЬ

Предлагаемая полезная модель относится с области энергетики, а именно, к устройствам преобразования энергии ветра в механическую энергию.
В настоящее время в связи с ежегодным увеличением расхода энергии в сфере человеческой деятельности, и значительным уменьшением естественных запасов угля, нефти, газа, леса все более возрастает роль использования для нужд энергетики возможностей естественных носителей энергии: солнца, ветра, динамики движения воды рек, морских волн, и т.п.
В связи с этим возрастают и требования к устройствам для преобразования естественной энергии вышеуказанных видов, например, в используемую механическую энергию, по КПД установок, их сложности, стоимости производимой энергии.
Большое распространение в этой сфере энергетики получили ветровые двигатели (далее - ВД с ветровым колесом крыльчатого типа.
Для данного типа ВД характерны те же технико-экономические проблемы, что и для любых преобразователей, указанных выше.
Известен ВД с ветровым колесом крыльчатого типа (1), у которого ось вращения крыльчатки совпадает с направлением ветра.
Недостатками данного ВД являются сложность конструкции в связи с наличием специального механического узла для поворота оси ветрового колеса по ветру и, как следствие, снижение его КПД вследствие непроизводительных затрат энергии ветра.
Известен ВД с ветровым колесом крыльчатого типа (2) (для равнинных местностей), где поворот оси ветрового колеса по ветру осуществляется электрическим приводом, снабженным электронным блоком выработки сигнала на привод на основе специальных датчиков.
Недостатками данного ВД являются повышенная сложность конструкции в связи с наличием вышеуказанного электронно-механического узла для поворота крыльчатки по ветру и, как следствие, повышение стоимости единицы производимой ВД механической энергии.
Конструкция ВД (1) выбрана автором в качестве прототипа предлагаемого ВД, как наиболее близкая по технической сути, так и по достигаемому техническому эффекту.
Задачей, которую решал автор, разрабатывая предлагаемый ВД, являлось улучшение технико-экономических показателей его путем упрощения устройства, и повышении быстродействия ВД на изменение направления ветра.
Эта задача решена в предлагаемом ВД, содержащем крыльчатку, с, по меньшей мере, двумя диаметрально разнесенными аэродинамическими элементами флажкового типа, установленными ортогонально по отношению друг к другу в плане на собственном валу, размещенном с возможностью ограниченной прокачки за счет соответствующего узла в горизонтальном отверстии втулки вала отбора мощности, размещенного на опоре вертикально.
В частном случае реализации ВД узел ограничения прокачки вала крыльчатки выполнен, например, в виде радиального выступа на вышеуказанном валу и соответствующей кольцевой выемки на торце втулке под выступ, обеспечивающих прокачку вала на угол 45 градусов в обе стороны от его положения, соответствующего положению при отсутствии ветра.
Новыми существенными признаками разработанного ВД являются:
- вертикальная установка вала отбора мощности с втулкой на опоре;
- закрепление аэродинамических элементов флажкового типа на собственном валу крыльчатки;
- ортогональное закрепление аэродинамических элементов на валу крыльчатки по отношению друг к другу в плане;
- выполнение во втулке вала отбора мощности горизонтального отверстия под установку вала крыльчатки;
- установка вала крыльчатки с возможностью ограниченной прокачки за счет соответствующего узла.
Новыми существенными признаками разработанного ВД в частном случае реализации является выполнение узла ограничения прокачки вала крыльчатки, например, в виде радиального выступа на вышеуказанном валу и соответствующей кольцевой выемки на торце втулке под выступ, обеспечивающих прокачку вала крыльчатки на угол 45 градусов в обе стороны от его положения, соответствующего положению при отсутствии ветра.
По мнению автора, вышеуказанные новые признаки являются существенными т.к. позволяют в совокупности с другими решить поставленную выше задачу повышения технико-экономических показателей ВД, за счет упрощения конструкции и повышении быстродействия ВД на изменение направления ветра.
Предлагаемый ВД изображен на фиг.1 и фиг.2.
На фиг.1 представлена конструктивная схема разработанного ВД, а на фиг.2 представлена одна из возможных реализаций узла ограничения прокачки вала крыльчатки.
Предлагаемый ВД имеет основание 1, в качестве которого может быть использован, например, генератор электрической энергии с вертикально размещенным валом отбора мощности 2, с закрепленной на нем втулкой 3, в горизонтальном отверстии 4 которой установлена с возможностью свободной прокачки на 45 градусов в обе стороны от нейтрального (при отсутствии ветра) положения крыльчатка 5.
Крыльчатка 5 выполнена в виде, по меньшей мере, двух диаметрально разнесенных и закрепленных ортогонально по отношению друг к другу в плане на валу 6 крыльчатки аэродинамических элементов 7, 8 флажкового типа.
Прокачка крыльчатки 5 на 45 градусов в обе стороны от положения ее в безветрие обеспечивается за счет узла ограничения прокачки, выполненного, например, в виде выступа 9 на валу 6 и соответствующей торцевой выемки 10 на торце втулке под выступ 9.
Работа предложенного ВД заключается в следующем.
При отсутствии ветра вал 6 крыльчатки 5 занимает нейтральное положение, когда плоскости аэродинамических элементов 7, 8 устанавливаются по 45 градусов к горизонтальной плоскости за счет собственного веса.
При появлении ветра на элементы 7, 8 крыльчатки 5 воздействует аэродинамическая сила, и крыльчатка 5 поворачиваются вместе с валом 6 на 45 градусов до упора выступа 9 вала в соответствующий край выемки 10.
При этом один из элементов занимает вертикальное (рабочее) положение а второй - горизонтальное (нерабочее).
Формируется момент вращения на валу отбора мощности 2 и он начинает вращаться.
Такое положение сохраняется до момента, когда вал 6 крыльчатки 5, вращаясь вокруг оси вала 2, разместится вдоль направления ветра.
При дальнейшем повороте крыльчатки ее элементы меняются местами, ток который был в рабочем (вертикальном) положении, проворачиваясь совместно с валом 6, занимает нерабочее (горизонтальное) положение, который был в нерабочем (горизонтальном) положении - занимает вертикальное (рабочее).
И так цикл повторяется, через каждые 180 градусов поворота крыльчатки 5 при неизменном направлении ветра.
Но ветер меняет направление, поэтому в моменты изменения направления ветра крыльчатка 5, не прекращая вращения, настраивается на направление ветра, изменяя только момент начала поворотов элементов 7, 8 из горизонтального (нерабочего) положения в вертикальное (рабочее) и наоборот.
Физически это обеспечивается за счет изменения на элементах 7 и 8 устоявшегося режима распределения нагрузок, что вызывает вышеуказанное смещение (опережение, или наоборот отставание) начала момента смены положения (поворота) элементов и его конца, не меняя технической сути самого цикла.
Автором изготовлен макетный образец ВД, который прошел испытания с положительным результатом.
В настоящее время автором проводятся работы по изготовлению опытного образца ВД, агрегатированного с генератором тока.
Все детали опытного образца будут выполнены из обычных конструкционных материалов, с использованием известных технологий.
Литература.
1. Советский энциклопедический словарь. Москва. Издательство «Советская энциклопедия». Ветровые двигатели. Стр.216, (прототип).
2. Большой политехнический словарь. Научное издательство «Большая Российская энциклопедия». г.Москва 2003 г. Ветровые двигатели. Стр.77