ВЕТРОВЕНТИЛЯЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО
WIND VENTILATION DEVICE

Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано для приточной и вытяжной вентиляции зданий, цехов, складов, хранилищ, подвалов жилых домов.
При оснащении его электрогенератором оно может вырабатывать электроэнергию.
Наиболее близкими по назначению являются вентиляторы (Краткий политехнический словарь ГИТТЛ, Москва, 1956, стр.136), но существенным недостатком их является необходимость иметь приводной электродвигатель.
2
Наиболее близким по техническому решению является ветроэлектрический агрегат (авт.св. №542016, МКИ F03D 3/00), содержащий рабочее колесо, неподвижный направляющий аппарат и подвижный направляющий аппарат.
Недостатком известного ветроэлектрического агрегата является то, что весь поток воздуха попадает на лопатки неподвижного направляющего аппарата, ослабевает, теряя значительную часть своей кинетической энергии, а выходящий воздушный поток не используется.
Цель изобретения повышение коэффициента полезного действия (КПД) систем приточной и вытяжной вентиляций зданий, цехов, складов, хранилищ, подвалов жилых домов и при оснащении электрогенератором использование одновременно в качестве источника электроэнергии.
Поставленная цель достигается тем, что ветровентиляционное устройство (ВВУ), содержащее рабочее колесо, неподвижный направляющий аппарат и подвижный направляющий аппарат, отличается тем, что неподвижный направляющий аппарат выполнен в виде диффузора, переходящего в цилиндрическую обечайку, установлен на наружных стойках, а рабочее колесо и подвижный направляющий аппарат выполнены за одно целое в виде лопастей, расположенных на наружной поверхности полого усеченного конуса, снабженного верхней и нижней диафрагмами с вентиляционными окнами (обобщающее название - рабочее колесо) и осью, закрепленной в крестовине и основании, на которой на подшипниках установлено рабочее колесо; на основании закреплены буртик, а нижняя диафрагма рабочего колеса выполнена с лопастями; снабжено крышей-грибком, закрепленной на цилиндрической обечайке; ось выполнена в виде вала, на котором закреплены диафрагмы рабочего колеса, а вал на подшипниках установлен в крестовине и основании; на валу закреплена ступица на основании с лопастями; на верхней части рабочего колеса закреплена диафрагма с лопастями, перекрывающими пространство между рабочим колесом и диффузором с обечайкой; лопасти на рабочем колесе выполнены выпуклыми в сторону вращения рабочего колеса; лопасти закреплены стержнями; снабжено электрогенератором, установленным на крестовине и соединенным с валом; стойки установлены внутри рабочего колеса и закреплены на основании, а на верхних концах стоек закреплена плита, на которой и на основании на подшипниках установлено рабочее колесо и снабжено ускорителем (мультипликатором) планетарного типа, эпицикл которого закреплен на внутренней поверхности рабочего колеса, оси сателлитов закреплены неподвижно, а вал солнечной шестерни соединен с валом электрогенератора; на валу солнечной шестерни закреплена диафрагма с лопастями; диафрагма установлена в патрубке; снабжено вторым ускорителем планетарного типа, эпицикл которого закреплен на обечайке, закрепленной на плите, а водило которого соединено с валом солнечной шестерни первого ускорителя, а вал солнечной шестерни второго ускорителя соединен с валом электрогенератора; рабочее колесо снабжено махами, к которым шарнирно присоединены лопасти, и снабжено ограничителями поворота; махи боковой поверхностью закреплены к рабочему колесу; махи, на которых установлены лопасти, выполняют роль упоров для лопастей; между периферийными концами махов и корпусом рабочего колеса закреплены упоры лопастей; махи расположены ярусно, в каждом ярусе по два и более махов; лопасти выполнены двусторонними от оси, вторая малая лопасть выполнена под углом к первой; дополнительная (вторая) лопасть выполнена отдельно от основной (первой) лопасти, установлена шарнирно и снабжена экстрактором (толкателем), предназначенным для разворота основной лопасти в определенном положении к направлению ветра; махи между собой и дополнительными стержнями образуют многоугольную пространственную конструкцию, увеличивающую прочность и жесткость; крыша-грибок установлена подвижно на оси и снабжена флюгером и подзором с двумя диафрагмами и окном; на цилиндрической обечайке выполнены вентиляционные окна; снабжено стопорами лопастей рабочего этапа вращения; снабжено аварийным стопором лопастей.
На фиг.1а схематично изображено ветровентиляционное устройство, содержащее рабочее колесо, неподвижный направляющий аппарат и подвижный направляющий аппарат, при этом неподвижный направляющий аппарат выполнен в виде диффузора 1, переходящего в цилиндрическую обечайку 2, установленных на наружных стойках 3, а рабочее колесо и подвижный направляющий аппарат выполнены за одно целое в виде лопастей 4, расположенных на наружной поверхности полого усеченного конуса 5, снабженного верхней 6 и нижней 7 диафрагмами с вентиляционными окнами и осью 8, закрепленной в крестовине 9 и основании 10, на которой (оси 8) на подшипниках установлено рабочее колесо. На основании 10 закреплены буртики 11, нижняя диафрагма 7 рабочего колеса выполнена с лопастями 12; снабжено крышей-грибком 13, закрепленной на цилиндрической обечайке 2; ось 8 (фиг.1б) выполнена в виде вала 14, на котором закреплены диафрагмы 15 и 16 рабочего колеса, а вал 14 на подшипниках установлен в крестовине 17 и основании 18. На валу закреплена ступица 19 с лопастями 20. На верхней части рабочего колеса закреплена диафрагма 21 с лопастями. Лопасти 22 (фиг.2б) на рабочем колесе выполнены выпуклыми в сторону вращения рабочего колеса. Лопасти 4 (фиг.2а) закреплены стрежнями 23. ВВУ снабжено электрогенератором 24, установленным на крестовине 17 и соединенным с валом 14. Стойки 25 (фиг.3) установлены внутри рабочего колеса 26 и закреплены на основании 10, а на верхних концах стоек 25 закреплена плита 27, на которой и на основании 10 на подшипниках установлено рабочее колесо 26 и снабжено ускорителем (мультипликатором) планетарного типа, эпицикл 28 которого закреплен на внутренней поверхности рабочего колеса, оси 29 сателлитов 30 закреплены неподвижно, а вал 31 солнечной шестерни 32 соединен с валом электрогенератора 33. На валу 31 солнечной шестерни 32 с нижней стороны закреплена диафрагма 34 с лопастями. Диафрагма 34 установлена в патрубке 35.
Устройство снабжено вторым ускорителем планетарного типа, эпицикл 36 которого закреплен на обечайке 37, закрепленной на плите 38, а водило 39 ускорителя соединено с валом 31 солнечной шестерни 32 первого ускорителя, а вал 40 солнечной шестерни 41 второго ускорителя соединен с валом электрогенератора 42. Рабочее колесо снабжено махами 43, к которым шарнирно присоединены лопасти 44 и закреплены ограничители поворота 45. Махи 43 (фиг.4) боковой поверхностью закреплены к рабочему колесу 26. Махи 43, на которых установлены лопасти 44, выполнены с упорами 46 лопастей.
Между периферийными концами махов 43 (фиг.4а и 4б) и наружной поверхностью рабочего колеса 26 закреплены упоры лопастей 46. Махи 43 расположены ярусно. В каждом ярусе (фиг.4, 4а, 4б) по два и более махов 43. Лопасти 47 выполнены двусторонними от оси 48, вторая малая сторона лопасти 49 выполнена под углом к первой. Малая лопасть 49 (фиг.4а) выполнена отдельно от основной лопасти 47 и установлена шарнирно и снабжена экстрактором 50 (толкателем), предназначенным для разворота основной лопасти 47 в определенном положении к направлению ветра. Махи 43 (фиг.4а и 4б) между собой и дополнительными стержнями образуют многоугольную пространственную конструкцию, увеличивающую прочность и жесткость. Крыша-грибок 51 (фиг.5) установлена подвижно на оси 52 и снабжена флюгером 53 и подзором 54 с двумя диафрагмами 55 и окном 56. На цилиндрической обечайке 2 (фиг 1а) выполнены вентиляционные окна 57. Снабжено стопорами 58 (фиг.4; 4а и 4б), предназначенными для стопорения лопастей 44 и 47. Снабжено стопорами 59, предназначенными для аварийного стопорения лопастей.
Ветровентиляционное устройство работает следующим образом (фиг.1). Под действием воздушного потока (ветра) лопасти 4, у которых за счет их конструкции давление на них с одной стороны больше, рабочее колесо разворачивается (вращается), а воздушный поток по каналам, образованным лопастями 4 и наружной поверхностью полого усеченного конуса 5, устремляется вверх в пространство под неподвижный направляющий аппарат, состоящий из диффузора 1 и обечайки 2. При наличии в обечайке 2 вентиляционных окон 57 и лопастей 12 в диафрагме 7, отсасывающих при вращении рабочего колеса, загрязненный воздух из помещения, соединенного с вентиляционной системой в пространство, ограниченное обечайкой 2, соединяется с воздушным потоком, поданным лопастями 4, и выбрасывается через окна 57 наружу в атмосферу. В этом случае ВВУ выполняет роль вытяжной вентиляции. Когда при вращении рабочего колеса лопасти 12 диафрагмы 7 засасывают воздух в вентиляционную систему, соединенную с вентилируемым помещением, воздушный поток, поступающий с лопастей 4, засасывается лопастями 12 и далее идет по вентиляционной системе в вентилируемое помещение. Обе системы наиболее эффективно работают совместно. При применении в конструкции планетарного ускорителя (фиг.3), состоящего из эпицикла 28, сателлитов 30 и солнечной шестерни 32, на нижней плите 10 через стойки 25 смонтированы все неподвижные детали, а на рабочем колесе 26 имеется возможность крепить махи 43, неограниченные в размере по длине. В этом варианте (фиг.3, 4, 4а, 4б) воздушный поток воздействует на лопасти 44, которые на первом этапе рабочего движения лежат на упорах 46, а на втором этапе действием ветра лопасти разворачиваются до ограничителей поворота 45. При двухсторонней конструкции лопасти 47 и 49 малая лопасть 49 помогает развороту основной лопасти 47. Ветровой поток, воздействуя на лопасти 44, разворачивает рабочее колесо 26, эпицикл 28 ускорителя, закрепленный на рабочем колесе 26, передает вращение через сателлиты 30 на солнечное колесо 32 и его вал 31, на котором закреплена диафрагма 34 с лопастями, которые при вращении отсасывают или, наоборот (зависит от наклона лопастей), нагнетают воздух в помещение, при этом, проходя около генератора, воздух его охлаждает. Вал 31, соединенный с валом электрогенератора, передает ускоренное вращение последнему. При наличии в конструкции и второго ускорителя вращение с вала 31 солнечной шестерни первого ускорителя поступает на вращение водила 39 второго ускорителя, взаимодействующего с эпициклом 36, сателлитами и солнечной шестерней 41, передавая через вал 40 ускоренное вращение на вал электрогенератора 42. Окна 57 применяются также в конструкции, изображенной на фиг.3 при работе системы в режиме нагнетания воздуха в помещение. При использовании в качестве вытяжной вентиляции применяется крышка-грибок 51 (фиг.5). При поступлении воздуха из помещения он через окно 56 уходит в атмосферу. Чтобы наружный ветер не препятствовал выходу воздуха в атмосферу, флюгер 53 разворачивает крышку-грибок 51, располагая выходное отверстие с подветренной стороны. Стопоры 58 (фиг.4, 4а и 4б) срабатывают в начале рабочего этапа вращения и отстопориваются в его конце, и работают при максимально допустимой скорости ветра. Аварийные стопоры 59 (фиг.4, 4а и 4б) срабатывают при скорости ветра, превышающей расчетно-допустимую величину.
Благодаря предлагаемому ветровентиляционному устройству производится активная вентиляция в помещении, а с подключением электрогенератора возникает возможность получать электроэнергию.