ВЕТРОДВИГАТЕЛЬ БЛИНОВА

Полезная модель относится к экологически чистой ветроэнергетике, в частности к ветродвигателям, имеющим вертикальную ось вращения, и может быть использована для выработки электроэнергии или выполнения механической работы, например, для создания электростанций, в местах, где отсутствует электроэнергия и преобладают постоянные ветры.
Известен ветродвигатель, содержащий конструкционный каркас с опорными подшипниками вертикального вала на котором с возможностью вращения установлен полый направляющий аппарат с боковыми стенками, образующими конфузорно-диффузорный канал и, расположенное внутри полого направляющего аппарата, жестко установленное на валу ветроколесо с лопастями (см. патент РФ №2039308, кл. 6 F03D 3/02).
Недостатками указанного ветродвигателя являются большое аэродинамическое сопротивление ветроколеса, низкий эффект флюгирования полого направляющего аппарата.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели является ветродвигатель, содержащий конструкционный каркас с опорными подшипниковыми узлами вертикального вала, кинематически связанного с потребителем механической энергии, ветроколесо, жестко установленное на валу с возможностью вращения и флюгирования, и образующими конфузорно-диффузорный канал вертикальными стенками, одна из которых вогнута во внутрь аппарата, регулировочное устройство ограничения потока воздуха, ветроколесо выполнено полым и состоит из жестко закрепленных на валу верхнего и нижнего горизонтальных дисков, по периферии которых и между ними неподвижно и равномерно установлены лопасти, установленные под углом к направлению радиуса ветроколеса от 0° до 180°, полый направляющий аппарат имеет внутреннюю профильную перегородку, дополнительно
образующую конфузорно-диффузорный канал, соответственно со входа и выхода потока воздуха, и в центре охватывает ветроколесо своим сектором с углом раскрытия 180° и радиусом, большим и сравнимым с радиусом ветроколеса, а наружная стенка, примыкающая к внутренней продольной перегородке выполнена выпуклостью наружу, регулировочное устройство ограничения потока воздуха выполнено в виде автоматического самодействующего центробежного регулятора, установленного на ветроколесе и взаимодействующего при превышении допустимой угловой скорости с полым направляющим аппаратом, полый направляющий аппарат в проекции на горизонтальную плоскость вписан в окружность, имеющую единый центр с ветроколесом, конфузорная часть полого направляющего аппарата выполнена более короткой и широкой, чем соответственно его диффузорная часть, регулировочное устройство ограничения потока воздуха выполнено в виде установленного на верхнем горизонтальном диске ветроколеса с возможностью вращения на оси «Г»-образного коромысла, на вертикальном плече которого расположен груз, а на горизонтальном плече - жестко укрепленная фрикционная накладка, взаимодействующая при превышении допустимой угловой скорости ветроколеса с внутренней поверхностью полого направляющего аппарата (см. патент РФ №2166665, кл. 7 F03D 3/02).
Недостатками известного устройства являются большое аэродинамическое сопротивление ветроколеса и сложность конструкции ветродвигателя.
Технической задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель является упрощение конструкции ветродвигателя, снижение аэродинамического сопротивления и повышение к.п.д. ветроколеса.
Указанная техническая задача решается тем, что в известном ветродвигателе, содержащем вертикальный вал с опорными подшипниковыми узлами, установленный с возможностью вращения вокруг своей продольной вертикальной оси, кинематически связанный с потребителем механической энергии, ветроколесо, состоящее из жестко закрепленных на валу верхнего и нижнего горизонтальных дисков, по периферии которых и между ними равномерно
установлены лопасти, направляющий аппарат, установленный на валу с возможностью поворота вокруг оси вала и флюгирования, согласно изменению, между лопастями установлены цилиндрические стяжки, закрепляющие между собой верхний и нижний горизонтальные диски, лопасти установлены на верхних и нижних осях с возможностью вращения относительно горизонтальных дисков, нижние оси лопастей жестко закреплены относительно поворота вокруг продольных осей лопастей, на нижних концах осей лопастей жестко закреплены кулачки-ползуны, продольная ось поперечного сечения которых направлена перпендикулярно продольной оси поперечного сечения лопасти, направляющий аппарат состоит из двух сегментов, коаксиально установленных относительно продольной оси вертикального вала, скрепленных между собой основанием в виде сектора кольца, материал двух сегментов и материал боковой поверхности кулачков-ползунов составляют антифрикционную пару, радиус боковой поверхности кулачков-ползунов равен большему внутреннему радиусу сегмента направляющего аппарата.
Возможно изготовление ветродвигателя, у которого ширина лопасти l определяется из соотношения:
l<π·D/n-d,
где: l - ширина лопасти, D - диаметр горизонтальных дисков, n - количество лопастей, и d - диаметр цилиндрических стяжек.
Сущность полезной модели поясняется чертежами: на фиг.1, приведен схематично изображенный общий вид ветродвигателя; на фиг.2, приведен вид снизу лопасти и кулачка-ползуна; на фиг.3 и фиг.4 приведены схематичные изображения ветроколеса, лопастей и направляющего аппарата при различных направлениях ветра.
Устройство ветродвигателя включает в себя (см. фиг.1) вертикальный вал 1 с опорными подшипниковыми узлами 2 и 3, кинематически связанного с потребителем механической энергии - электрическим генератором 4. Ветроколесо состоит из жестко закрепленных на валу 1 верхнего 5 и нижнего 6 горизонтальных дисков диаметром D, по периферии которых и между ними
равномерно установлены цилиндрические стяжки 7 и лопасти 8 шириной l, с возможностью вращения вместе с валом 1 в опорных подшипниковых узлах 2 и 3. Направляющий аппарат 9, установлен на валу 1 с возможностью поворота относительно оси вала 1 и флюгирования. Между лопастями 8 установлены цилиндрические стяжки 7 диаметром d, закрепляющие между собой верхний 5 и нижний 6 горизонтальные диски, лопасти 8 установлены на верхней 10 и нижней 11 осях с возможностью вращения относительно горизонтальных дисков 5 и 6. Нижние оси 11 жестко закреплены на лопастях 8 от поворота относительно поворота вокруг продольных осей лопастей 8. На нижних осях 11 лопастей 8 неподвижно закреплены кулачки-ползуны 12 относительно поворота вокруг продольных осей лопастей 8. При этом ширина l определяется из соотношения:
l<π·D/n-d,
где: l - ширина лопасти 8, D - диаметр горизонтальных дисков 5 и 6, n - количество лопастей 8, d - диаметр цилиндрических стяжек 7.
При указанном соотношении в процессе работы исключено задевание лопастей 8 между собой и, особенно, лопастей 8 и цилиндрических стяжек 7, при любых направлениях ветра, направляющего аппарата 9 и лопастей 8.
Продольная ось 13 поперечного сечения кулачка-ползуна 12 (см. фиг.2) направлена перпендикулярно продольной оси 14 поперечного сечения лопасти 8. Символом l обозначена длина лопасти 8. Направляющий аппарат 9 состоит из внешнего 15 и внутреннего 16 цилиндрических сегментов, коаксиально установленных относительно продольной оси вертикального вала 1, скрепленных между собой основанием 17 в виде сектора кольца. Материал цилиндрических сегментов 15 и 16 и материал боковых поверхностей 18 и 19 кулачков-ползунов 12 составляют антифрикционную пару, радиус боковых поверхностей 18 и 19 кулачков-ползунов 12 равен радиусу внутренней цилиндрической поверхности внешнего сегмента 15 направляющего аппарата 9. На фиг.2. позицией 20 обозначена метка одного из концов лопастей 8. Кинематическая связь между валом 1 и потребителем механической энергии -
электрическим генератором 4 осуществляется посредством редуктора 21. На фиг.3 и фиг.4 цифрами 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 обозначены порядковые номера лопастей 8, круговой стрелочкой показано направление вращения ветроколеса против часовой стрелки.
Работает устройство следующим образом. Под воздействием усилия со стороны ветра направляющий аппарат 9 (см. фиг.1) поворачивается параллельно направлению ветра. Также параллельно направлению ветра (см. фиг.3) разворачиваются лопасти 8, №№6, 7, 8 (т.е. параллельно направлению ветра располагаются продольные оси 14 поперечного сечения лопастей 8), кулачки-ползуны 12 которых не находятся между цилиндрическими сегментами 15 и 16, поэтому снижается аэродинамическое сопротивление ветроколеса и повышается к.п.д. ветродвигателя. Конструкция направляющего аппарата 9 менее сложна чем прототип, что упрощает конструкцию ветродвигателя в целом. Кроме того, направляющий аппарат 9 создает меньшее аэродинамическое сопротивление ветроколеса, что повышает к.п.д. ветродвигателя. Кулачки-ползуны 12 лопастей 8, №1 и №5 находятся между сегментами 15 и 16, при этом продольные оси 13 (см. фиг.3) поперечного сечения кулачков-ползунов 12 располагаются перпендикулярно радиусам горизонтальных дисков 5 и 6, проведенным к осям 10 и 11 лопастей 8, №1 и №5, а, следовательно, параллельно направлению ветра располагаются продольные оси 14 поперечного сечения лопастей 8. Таким образом, лопасти 8, №№1, 5, 6, 7, 8 не создают аэродинамического сопротивления ветру и не препятствуют вращению ветроколеса. Кулачки-ползуны 12 лопастей 8, №№2, 3, 4 (а при небольшом повороте и №1) - находятся между цилиндрическими сегментами 15 и 16 направляющего аппарата 9 и ограничивают поворот лопастей 8 относительно горизонтальных дисков 5 и 6, вследствие чего продольные оси 14 (см. фиг.3) лопастей 8, №№2, 3, 4, т.е. остаются неподвижными относительно горизонтальных дисков 5 и 6, и направлены параллельно радиусам горизонтальных дисков 5 и 6. Радиус боковых поверхностей 18 и 19 кулачков-ползунов 12 равен радиусу внутренней цилиндрической поверхности внешнего
сегмента 15 направляющего аппарата 9, что снижает уровень динамических нагрузок при перемещении кулачков-ползунов 12 между сегментами 15 и 16 направляющего аппарата 9. За счет того, что материал цилиндрических сегментов 15 и 16 и материал боковых поверхностей 18 и 19 кулачков-ползунов 12 составляют антифрикционную пару, трение на поверхности контакта незначительно, что повышает к.п.д. ветроколеса.
Касательные составляющие усилий со стороны ветра, действующие на лопасти 8 №№2, 3, 4, вращают ветроколесо против часовой стрелки. При незначительном повороте ветроколеса против часовой стрелки, касательные составляющие усилий со стороны ветра, действующие на лопасть 8, №1, также начинают «помогать» вращаться ветроколесу. Ветроколесо, жестко связанное с вертикальным валом 1, передает вращение вертикальному валу 1, а тот, в свою очередь, кинематически связанный через редуктор 21 с электрическим генератором 4, заставляет вращаться вал электрического генератора 4. В результате электрический генератор 4 вырабатывает электрический ток.
При смене направления ветра (см. фиг.4) меняет свое положение и направляющий аппарат 9, соответственно поворачиваются сегменты 15 и 16, ветродвигатель работает аналогичным образом.
В результате достигается поставленная техническая задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, а именно - упрощается конструкция ветродвигателя, снижается аэродинамическое сопротивление и повышается к.п.д. ветроколеса.