ВЕТРОГИДРОДВИГАТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА

Предлагаемая полезная модель относится к ветрогидроустановкам и может быть использована для получения механической или электрической энергии от потока движущейся среды: ветра или воды.
Известные конструкции с неподвижными лопастями [1, 2, 3, 4] имеют низкий коэффициент использования энергии потока.
Известны также конструкции с подвижными лопастями, в которых лопасти, движущиеся навстречу потоку, поворачиваются для уменьшения их аэродинамического торможения [5, 6, 7, 8]. В устройствах такого рода в передаче энергии потока участвует только лопасть, идущая под ветер, а остальные лопасти, перемещающиеся поперек или навстречу потока ветра, только тормозят ветродвигатель, что обуславливает также их низкий коэффициент использования энергии потока.
Известна также конструкция [9] ротора, имеющая подвижные лопасти, отклоняющиеся во внутрь и наружу ротора, причем поток ветра или воды проходит через ротор. Однако данная конструкция имеет сложную схему натяжения лопастей, их регулировки и установки в исходное положение.
Наиболее близким по технической сути (прототипом) является устройство «Ветрогидродвигатель» [10], содержащее вал, соединенный с обoдами-дисками, между которыми размещены на своих осях лопасти с возможностью их поворота либо во внутрь, либо наружу лопасти. Рычаг каждой лопасти имеет пружинный натяжитель, который при отсутствии потока устанавливает лопасти в исходное состояние, при этом ротор превращается в геометрическую фигуру бочки-многогранника.
Данное устройство также имеет недостаточно высокий коэффициент использования энергии потока и ограниченный диапазон регулирования скоростей ротора, ввиду неполного использования энергии движения потока.
Это объясняется тем, что не весь поток прямолинейно проходит через ротор, так как часть потока по направлению его движения отклоняется в сторону от прямолинейного движения и поэтому с меньшими усилиями оказывает давление на лопасти. При изображенной на фигурах [9, 10] крутке лопастей поток будет отклоняться влево от вектора прямолинейного движения.
Кроме того, конструкция прототипа имеет незначительную скорость вращения, что предполагает наличие дополнительного мультипликатора для подключения высокооборотного исполнительного механизма, например, генератора.
Технические преимущества заявленного объекта по сравнению с известными устройствами заключаются в следующем:
- с целью повышения коэффициента использования энергии потока и увеличения мощности установки введен дополнительный внутренний ротор с лопастями противоположной крутки, а для предотвращения пересечения лопастей соседних роторов и уменьшения габаритов введены ограничители максимального угла поворота лопастей;
- с целью увеличения оборотов на выходе установки оси обоих роторов соосно объединены посредством подшипников и раздельно подключены к исполнительному механизму, например к ротору и статору электрического генератора.
Это позволяет повысить коэффициент использования энергии потока, увеличить в два раза скорость на выходе устройства и, в ряде случаев отказаться от использования мультипликаторов, повышающих обороты для исполнительных механизмов: генераторов, насосов и т.п.
На фиг.1 изображена схема работы «Ветрогидродвигательной установки», а на фиг.2 - вариант исполнения конструкции данного устройства.
«Ветрогидродвигательная установка» содержит основной ротор, состоящий из центральной полой внутри оси 1, на которой закреплен диск 2 с размещенными на своих осях 3 поворотными лопастями 4. Каждая лопасть имеет свой поворотный рычаг 5 через гибкую тягу 6 соединенный с пружинным натяжителем 7. В устройство дополнительно введен внутренний ротор, состоящий из центральной оси 8, на которой закреплен обод-диск 9 меньшего размера с размещенными на своих осях 10 поворотными лопастями 11. Каждая лопасть дополнительного ротора имеет противоположную крутку (противоположное расположение осей поворота: по часовой стрелке и против часовой стрелки для однонаправленного движения потока), а также - аналогичную схему натяжения. Оси обоих роторов соосно объединены посредством подшипников 12. Ось 8 дополнительного ротора подключена, например, к ротору 13 электрического генератора, а ось 1 основного ротора подсоединена к статору 14 генератора. Вся конструкция посредством подшипниковых узлов 15 крепится на фундаментном основании 16. Ограничители 17 максимального угла поворота лопастей предотвращают пересечение соседних лопастей роторов. Для повышения жесткости всей конструкции на оси лопастей наружного ротора сверху и на оси лопастей внутреннего ротора снизу могут устанавливаться дополнительные кольца жесткости (на фиг.2 не показано).
«Ветрогидродвигательная установка» работает следующим образом. При отсутствии потока «V» ветра или воды натяжители устанавливают лопасти обоих цилиндров в нейтральное положение (фиг.1), при этом оба ротора приобретают бочкообразную геометрическую форму многоугольников по числу использованных лопастей. При наличии потока ветра или воды, входящего в роторы, их лопасти отклоняются вовнутрь роторов, а после прохождения потока через роторы - лопасти отклоняются наружу роторов: на фиг.1 отклонение лопастей показано пунктиром.
Таким образом, каждая лопасть обоих роторов задействована в отборе энергии от потока дважды: одна сторона лопасти «работает» на входящий поток, а другая сторона этой же лопасти - на выходящий поток. Поскольку лопасти роторов имеют противоположную крутку: противоположное расположение осей поворота, то при показанном на фиг.1 направлении потока «V», наружный ротор будет вращаться по часовой стрелке, а внутренний ротор - против часовой стрелки.
Ось 1 наружного ротора (фиг.2) будет вращать статор 14 электрического генератора в одном направлении, а ось 8 внутреннего ротора будет вращать ротор (якорь) 13 этого же генератора в противоположном направлении (см. стрелки). Таким образом, обеспечивается контрроторное вращение и удвоение числа оборотов генератора. Оси 1 и 8 вращения объединены через подшипниковые узлы 12, а вся конструкция «Ветрогидродвигательной установки» закрепляется на фундаментном основании 16 через подшипниковые узлы 15.
В случае нестабильности, например, ветрового потока, резко меняющего свое направление движения, могут возникать хаотичные движения лопастей, и лопасти разных близкорасположенных роторов будут цепляться друг за друга. Чтобы этого не происходило и, чтобы роторы были компактно установлены по возможности ближе друг к другу, установлены ограничители 17 максимального угла поворота лопастей, выполненные в виде выступов-штифтов.
Существенное отличие предлагаемого решения от известных заключается как в увеличении коэффициента использования энергии потока и увеличения мощности установки, так и в удвоении оборотов за счет контрроторного вращения обоих роторов, что позволяет исключить мультипликатор при подключении его к высокооборотному исполнительному механизму.
Испытания лабораторного макета подтвердили заявленные преимущества.
Предлагаемая «Ветрогидродвигательная установка» достаточно проста в изготовлении, не требует дефицитных материалов и специального обслуживания.
Следует ожидать ее широкое применение для привода электрических генераторов, насосов и т.д. на объектах, лишенных централизованного электроснабжения.
Источники информации, принятые во внимание при составлении
заявки:
1. Кажинский Б.В. Свободнопоточные гидроэлектростанции малой мощности / Под ред. Берга, вып.57, М.: 1950, с.31 «Роторная турбина системы Кажинского Б.В.».
2. Там же, с.33 «Роторная турбина системы Угринского».
3. Описание изобретения к патенту РФ №2118703, МПК F03Д 3/00, «Роторный ветродвигатель» (аналог).
4. Описание изобретения к патенту РФ №2246634, МПК F03Д 3/00, «Ротор» (аналог).
5. Описание изобретения к патенту РФ №2057969, МПК F03Д 3/00, «Карусельное ветроколесо» (аналог).
6. Описание изобретения к патенту РФ №2069795, МПК F03Д 3/06, «Ветроколесо» (аналог).
7. Описание изобретения к авторскому свидетельству СССР №1017814, МПК F03Д 3/00, «Карусельное ветроколесо» (аналог).
8. Описание изобретения к авторскому свидетельству СССР №1663226, МПК F03Д 3/06, «Ветроколесо» (аналог).
9. Описание патента РФ №34653, МПК F03Д В3/12, «Ротор Хвост дельфина» (аналог). Ю.Описание патента РФ №55884, МПК F03Д В3/12, «Ветрогидродвигатель(прототип).