МНОГОСЕКЦИОННЫЙ МАШУЩИЙ ВЕТРОДВИГАТЕЛЬ

Полезная модель относится к области ветроэнергетической техники и может быть использована в ветряных энергетических установках, рабочие органы которых совершают машущие автоколебательные колебательные движения и не вращаются.
Известно устройство для преобразования ветровой энергии в механическую энергию, содержащее стойку и шарнирно установленную на стойке поворотную раму с поворотным крылом, которое установлено в вертикальном положении на одной вертикальной стороне поворотной рамы с возможностью его поворота на оси, другая вертикальная сторона поворотной рамы шарнирно соединена со стойкой и через кинематические связи соединена с нагрузкой, при этом ось вращения поворотного крыла и стойка отклонены на угол 5…7° в направлении минимального значения диаграммы направленности розы ветров вдоль ветрового потока для обеспечения устойчивых автоколебательных движений поворотной рамы в широком секторе [1].
Недостаток известного устройства состоит в том, что при автоколебательных движениях поворотной рамы под действием ветра появляются большие разрушающие раму знакопеременные динамические нагрузки, особенно те, которые совпадают по частоте с порывами ветра.
Наиболее близким к предлагаемому известным техническим решением является машущий ветродвигатель, содержащий стойку с шарнирно установленной на ней поворотной рамой, внутри которой установлено в вертикальном положении поворотное крыло с возможностью его поворота на оси в заданном секторе, верхнюю и нижнюю горизонтальные поперечные балки и кинематическую связь передачи периодического крутящего момента от поворотной рамы к нагрузке [2]. При этом концы верхней и нижней горизонтальных поперечных балок соединены по диагонали расчалками с противоположными углами поворотной рамы и между собой, образуя жесткую объемную конструкцию для удержания в ней поворотного крыла.
Недостаток прототипа состоит в том, что для выполнения технологических операций по обслуживанию машущего ветродвигателя (остановка перед штормовыми порывами ветра, изменение сектора поворота рамы с учетом изменения направления ветра, очистка конструкции от наледи и др.) требуется отторжение земной поверхности, охранные мероприятия, поддерживание подъездных путей в постоянной готовности, что увеличивает эксплуатационные расходы.
Целью полезной модели является снижение эксплуатационных затрат на единицу вырабатываемой ветродвигателем мощности путем пакетирования поворотных рам с поворотными крыльями.
Сущность полезной модели заключается в том, что, кроме известных и общих отличительных признаков, а именно: стойки с шарнирно установленной на ней поворотной рамой, внутри которой установлено в вертикальном положении поворотное крыло с возможностью его поворота на оси в заданном секторе, верхней и нижней горизонтальных поперечных балок и кинематической связи передачи периодического крутящего момента от поворотной рамы к нагрузке, предлагаемый многосекционный машущий ветродвигатель содержит дополнительные первую и вторую стойки с шарнирно установленными на них поворотных рам, внутри каждой из которых установлены в вертикальном положении поворотное крыло с возможностью его поворота на оси в заданном секторе, верхняя и нижние горизонтальные поперечные балки шарнирно связаны с поворотными рамами стойки и дополнительных первой и второй стоек, между которыми установлены подкосы.
Новым в полезной модели является то, что предлагаемый многосекционный машущий ветродвигатель содержит дополнительные первую и вторую стойки с шарнирно установленными на них поворотных рам, внутри каждой из которых установлены в вертикальном положении поворотное крыло с возможностью его поворота на оси в заданном секторе, верхняя и нижние горизонтальные поперечные балки шарнирно связаны с поворотными рамами стойки и дополнительных первой и второй стоек, между которыми установлены подкосы, что обеспечивает снижение эксплуатационных затрат на единицу вырабатываемой ветродвигателем мощности.
Предлагаемый многосекционный машущий ветродвигатель изображен на чертеже, где обозначено: 1 - стойка; 2 - растяжки; 3 - расчалки; 4 - поворотные рамы; 5 - поворотные крылья; 6 - ограничительные упоры; 7, 8 и 9 - силовые стержни (поперечные балки); 10 - подкосы; 11 - нагрузка машущего ветродвигателя.
В исходном положении устойчивость стоек 1 фиксируется при помощи растяжек 2 и расчалок 3. К стойкам 1 шарнирно закреплены поворотные рамы 4. Поворотные крылья 5 установлены внутри поворотных рам 4 с помощью осей вращения, шарнирно соединенных с одними вертикальными сторонами поворотных рам 4, другие вертикальные стороны которых соединены шарнирами с вертикальными стойками 1 и их поворот ограничен упорами 6. Поворотные рамы 4 соединены между собой силовыми стержнями 7, 8 и 9. С помощью подкосов 10 и силовых стержней 7, 8 образуется жесткая конструкция, предотвращающая перекосы поворотных рам 4. Для согласования положения поворотных крыльев 5 служит силовой стержень 9. Нагрузка многосекционного машущего ветродвигателя 11 кинематическими связями соединена с вертикальной стороной поворотной рамы 4.
Предлагаемый машущий ветродвигатель работает следующим образом.
Под действием ветра V формируются аэродинамические (подъемные) силы поворотных крыльев 5, которые поворачиваются на своих осях и двигаются вместе с поворотными рамами 4 согласованно с помощью силовых стержней 7, 8, 9 (поперечных балок). При повороте крыльев 5 уменьшаются их углы атаки до нулевых значений. Дальнейшее движение поворотных рам 4 с поворотными крыльями 5, углы атак которых равны нулю, происходит по инерции. В интервале времени инерционного движения поворотных рам 4 изменяются углы атак поворотных крыльев 5 на противоположные и формируются аэродинамические (подъемные) силы противоположного направления. Под действием силы ветра V происходит дальнейший поворот крыльев 5 в другую сторону и поворотные крылья 5 вместе с поворотными рамами 4 начнут перемещаться в противоположном направлении, совершая известные в прототипе автоколебательные машущие движения. Эти периодические движения с помощью кинематической связи передаются нагрузке 11.
При работе многосекционного машущего ветродвигателя поворотные рамы 4 испытывают большие динамические нагрузки, обусловленные сильными порывами ветра V. Увеличение прочности поворотных рам 4 достигается установкой между верхним 7 и нижним 8 силовыми стержнями подкосов 10.
Промышленная осуществимость полезной модели обосновывается тем, что в ней использованы известные в аналоге и прототипе узлы и элементы по своему прямому функциональному назначению. В организации-заявителе изготовлена модель заявляемого многосекционного машущего ветродвигателя в 2012 году.
Положительный эффект от использования полезной модели состоит в том, что сокращаются не менее чем на 15…20% эксплуатационные затраты на обслуживание многосекционного машущего ветродвигателя за счет пакетирования поворотных рам с поворотными крыльями.
Источники информации
1. Патент RU 110423 на полезную модель, Устройство для преобразования ветровой энергии в механическую, МПК F03D 5/06, приоритет: 16.06.2011, авторы: Ахмедов Т.Х., Царьков А.Н., Смирнов Я.Д., патентообладатель: МОУ «Институт инженерной физики», (аналог).
2. Патент RU 118368 на полезную модель, Машущий ветродвигатель, МПК F03D 5/06, приоритет: 23.03.2012, авторы: Ахмедов Т.Х., Царьков А.Н., патентообладатель: МОУ «Институт инженерной физики», (прототип).