КАРУСЕЛЬНЫЙ ВЕТРОДВИГАТЕЛЬ
ROTOR-TYPE WINDMILL

Изобретение относится к ветротехнике, в частности к ветродвигателям с осью вращения ротора, перпендикулярной направлению ветра.
Изобретение позволяет производить строительство как небольших, так и крупных электростанций. Работает независимо от направления ветра. Механизмы наведения на ветер и другие устройства, связанные с изменением ветра, отсутствуют.
Известный карусельный ветродвигатель (см. Авторское свидетельство СССР №992799, М.Кл.3 F03D 3/00, опубл. 1983 г., Бюл. №4) имеет колесо со ступицей и закрепленными на ней махами, к концам которых шарнирно прикреплены подпружиненные профилированные лопасти. Недостаток ветроколеса этой установки заключается в том, что мощность, передаваемая на ступицу при вращении, развивается только при прохождении лопасти по одну сторону от оси вращения ступицы в направлении ветра, и поэтому ветроустановка имеет сравнительно низкий КПД.
В Авторском свидетельстве СССР №1622609, М.Кл.5 F03D 9/00, опубл. 1991 г., Бюл. №3 описан ветродвигатель, имеющий рабочие колеса нижнего и верхнего ярусов, включающие закрепленные на вертикальном валу держатели с упорами и размещенные между держателями лопасти, каждая из которых выполнена составной из аэродинамических профилей. Колеса вращаются в разные стороны, выполняя при этом функции роторного генератора. Этот ветродвигатель также имеет невысокий КПД, т.к. мощность ветрового потока передается через лопасти только с одной стороны оси вращения.
Ротор ветродвигателя, защищенный Авторским свидетельством СССР №992800, М.Кл.3 F03D 3/00, опубл. 1983 г., Бюл. №4, содержит установленные в опорах вертикальный вал, на концах которого прикреплены два стержневых каркаса, связанные между собой набором вертикальных стержней, и плоские лопасти, шарнирно закрепленные одной из своих сторон на стержнях, причем ротор снабжен кольцами, размещенными между торцевыми поверхностями лопастей по два стержня на каждом радиусе, причем стержни с шарнирно закрепленными лопастями укреплены на наружных кольцах, а разность радиусов каждого наружного и внутреннего кольца меньше ширины лопасти.
В описанной конструкции ротора ветродвигателя только половина лопастей взаимодействует с ветровым потоком, поэтому ветродвигатель с таким ротором имеет сравнительно низкий КПД.
Карусельный ветродвигатель, описанный в Авторском свидетельстве СССР №846777, М.Кл.3 F03D 3/00, опубл. 1981 г., Бюл. №26, содержит неподвижную ось, лопасти, установленные с возможностью независимого поворота на махах, храповые механизмы по числу лопастей, храповое колесо каждого из которых закреплено на оси и снабжено охватывающим кольцом, имеющим рычаг, соединенный при помощи тяги с лопастью. Недостаток этого ветродвигателя - низкая надежность и большая металлоемкость из-за наличия храповых механизмов и тяг.
Известно ветроколесо по Авторскому свидетельству СССР №1483081, F03D 3/02, Бюл. №20, которое содержит неподвижную ось, лопасти, установленные с возможностью независимого поворота на махах на 360 градусов, один флюгер и механизм, жестко связывающий все лопасти и обеспечивающий четкое положение лопасти от направления ветра и поворота рабочего колеса - обеспечивают максимальный КПД ветродвигателя.
Недостаток этого ветродвигателя - сложная конструкция, ненадежность в работе и незащищенные элементы конструкции от воздействия окружающей среды.
Известен ветродвигатель (RU, патент на изобретение №2380567 С2, F03D 3/00, опубликованный 2010 г., Бюл. №3) содержащий, установленное на вертикальном валу рабочее колесо, выполненное в виде размещенных между верхним и нижнем ободами поворотных лопастей, закрепленных на кронштейнах, связанных с валом, сочлененным с электрогенератором и механизмом управления лопастью, при этом каждая лопасть снабжена механизмом управления лопастью в виде флюгера и поворотного устройства, установленных на вертикальном валу соосно с лопастью, поворотное устройство состоит из дифференциала, один вал которого жестко связан с осью флюгера, второй вал жестко связан с ободом рабочего колеса, а корпус дифференциала жестко связан с осью повторной лопасти.
К недостаткам данного ветродвигателя относятся сложности конструкции, низкий коэффициент полезного действия. Данный ветродвигатель принят в качестве ближайшего аналога.
Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение - упрощение конструкции, более эффективное использование энергии воздушного потока.
Технический результат - уменьшение стоимости ветродвигателя, повышение коэффициента полезного действия, увеличение мощности.
Указанный технический результат при создании изобретения достигается тем, что в известном карусельном ветродвигателе, содержащем установленное на вертикальном валу рабочее колесо, выполненное в виде размещенных между верхним и нижнем ободами поворотных лопастей, закрепленных на кронштейнах, связанных с валом, сочлененным с электрогенератором, согласно изобретению лопасти закреплены на поворотных валах консольно, а валы лопасти установлены между верхним и нижним кронштейнами и зафиксированы в подшипниках скольжения, при этом нижний опорный подшипник имеет шариковый подпятник, ширина поворотной лопасти больше расстояния между осями валов, которые служат ограничителями поворота лопастей, вертикальный вал рабочего колеса выполнен полым и зафиксирован на оси подшипниками качения, ось закреплена на неподвижном основании и служит опорой ветродвигателя.
Сущность изобретения поясняется чертежами.
На фиг.1 показан карусельный ветродвигатель, вид сбоку.
На фиг.2 - вид сверху.
На фиг.3 - выносной элемент I фиг.1.
На фиг.4 - выносной элемент II фиг.1.
Карусельный ветродвигатель состоит из рабочего колеса 1, неподвижного основания 2, полого вала 3, вертикальной оси 4, верхнего обода 5, нижнего обода 6, кронштейнов 7, поворотных лопастей 8, валов 9 поворотных лопастей, подшипников 10 скольжения, шарикового подпятника 11, подшипников 12 качения, корпуса 13 подшипника, крышки 14 корпуса подшипника, кольцевого пути 15, опорно-приводных колес 16, редуктора 17, электрогенератора 18. Поворотные лопасти 8 установлены консольно на валах 9 и кронштейнах 7 между верхним 5 и нижним 6 ободами. Валы 9 поворотных лопастей 8 установлены в подшипниках 10 скольжения, причем подшипник 10 скольжения имеет шариковый подпятник 11. Ширина лопастей больше расстояния между осями валов 9, которые ограничивают поворот лопастей. Лопасти 8 автоматически сориентированы при любом направлении ветра, рабочее колесо вращается в одном направлении. Вал 3 рабочего колеса 1 полый смонтирован на вертикальной оси 4 на подшипниках 12 качения, установленных в корпусе 13 с крышкой 14. Рабочее колесо 1 опирается на радиально-упорный подшипник 12 и имеет кольцевой путь 15, имеющий фрикционное зацепление с опорно-приводными колесами 16, обеспечивающими передачу крутящего момента через редуктор 17 на электрогенератор 18.
Карусельный ветродвигатель работает следующим образом. При воздействии воздушного потока на поворотные лопасти 8 рабочее колесо 1 начинает вращаться вокруг вертикальной оси 4, закрепленной на неподвижном основании 2, в одной половине рабочего колеса лопасти находятся в рабочем положении и создают крутящий момент, во второй половине лопасти автоматически разворачиваются при воздействии воздушного потока и движутся с минимальным сопротивлением. Тем самым создается разность давления относительно оси и рабочее колесо вращается, передавая крутящий момент через кольцевой путь, опорно-приводное колесо, редуктор на электрогенератор. Количество и площадь поверхности поворотных лопастей можно изменить пропорционально мощности ветродвигателя.
В сравнении с прототипом заявленный карусельный ветродвигатель при тех же габаритах имеет меньшую стоимость, большую мощность и коэффициент полезного действия.