ВЕТРОДВИГАТЕЛЬ КАРУСЕЛЬНОГО ТИПА И МОНОСОТОСТРКТУРНЫЙ КАРКАС ДЛЯ НЕГО

Полезная модель относится к ветроэнергетике и может быть использована при изготовлении ветродвигателей, выполненных с вращающимися лопастями и размещенных в каркасе в виде моносоты.
Известна ветроустановка, содержащая вертикальный вал с закрепленными на нем лопастями, установленный в каркасе, нижняя часть которого закреплена на фундаменте, а верхняя снабжена колпаком, RU №33619 U1, F03D 3/02, 2003.10.27; RU №48370 U1, F03D 3/02, 2005.10.10.
Известно устройство для преобразования энергии воздушных потоков в электрическую, включающее агрегат, снабженный валом, лопатками, взаимодействующими с атмосферным течением, и корпус в виде удлиненного полого цилиндра для установки агрегата внутри него, закрепленный на фундаменте, RU №65580 U1, F03D 5/00, 2007.08.10.
Известен ветродвигатель, содержащий ротор с криволинейными лопастями и направляющий аппарат, выполненный в виде полого корпуса с окном, на котором установлены четыре плоскости, расположенные под углом к направлению ветрового потока, RU №14977 U1, F03D 3/00, 2000.09.10.
Известен роторный ветродвигатель, содержащий вал, лопасти, закрепленные на валу, ролики, размещенные на лопастях, беговые дорожки, взаимодействующие с роликами, RU №49584 U1, F03D 3/00, 2005.11.27.
Известна ветроэнергетическая установка, содержащая вертикальный вал с опорой, рабочие элементы, закрепленные на валу с возможностью вращения вокруг него и снабженные рабочими плоскостями, на которых закреплены гибкие элементы с возможностью принимать куполообразную форму, и имеющие ярусное расположение, RU №79949 U1, F03D 3/06, 2009.01.20.
Известен ветродвигатель, использующий энергию движения ветра, содержащий ветроколесо с тремя ветровоспринимающими элементами, каждое из которых выполнено в виде крыла с поперечным сечением серповидной формы, RU №46818 U1, F03D 9/00, 2005.07.27.
Известен ветродвигатель с лопастями в виде прямоугольных рам с парусиной, RU №64709 U1, F03D 3/00, 2007.07.10.
Известен карусельный ветродвигатель, содержащий поворотные лопасти, вертикальный вал, кинематически связанный с лопастями, верхние и нижние водила, снабженные роликами, SU №1548503 A1, F03D 5/02, 1990.03.07; RU №2065992 C1, F03D 3/00, 1996.08.27; RU №2305795 C2, F03D 5/04, 2007.09.10.
Известен каркасный комплекс из объемных блоков, выполненных из моносот, каждая из которых содержит центральный, верхний и нижний объемы, образованные боковыми стойками, горизонтальными балками, наклонными и связующими балками, RU №2273708 C1, E04H 1/04, Е04Н 14/00, Е04В 1/18, Е04В 1/348, 2006.04.10; RU №81225 U1, E04B 1/348, Е04Н 1/00, Е04Н 14/00, 2009.03.10.
Известен карусельный ветродвигатель, включающий вал и радиально расположенные лопасти, каждая из которых выполнена в виде рамы с материалом, имеющим выпукло-вогнутую форму, RU №55885 U1, F03D 3/00, 2006.08.27.
Данное техническое решение принято в качестве «ближайшего аналога» настоящей полезной модели.
В «ближайшем аналоге» между лопастями установлены на своих осях поворотные ветроприемные пластины, упирающиеся на подпружиненные упоры, а для эффективности использования энергии движущей силы двигатель может быть выполнен многоярусным при смещении лопастей соседних ярусов относительно друг друга по окружности вращения для выравнивания максимального импульса вращающего момента, а для создания подъемной силы с целью разгрузки опорных подшипников лопасти могут быть выполнены с наклоном в вертикальной плоскости в направлении противоположном вращению двигателя, что усложняет конструкцию, сборку и эксплуатацию.
В основу настоящей полезной модели положено решение задачи, позволяющей повысить эксплуатационные качества и надежность конструкции, упростить проведение монтажных работ, расширить возможности использования.
Технический результат настоящей полезной модели заключается в выполнении связующих элементов, верхней и нижней треугольных рам, малых треугольных рам и парусных элементов выпуклой формы из эластичного материала, в креплении парусных элементов в углах малых треугольных рам, в размещении ветродвигателя в моносотоструктурном каркасе с центральным роликовым механизмом, с верхними и нижними амортизирующими устройствами, с направляющими и стабилизирующими роликами, с амортизирующими элементами и со звукопоглощающими треугольными элементами.
Согласно полезной модели эта задача решается за счет того, что ветродвигатель карусельного типа включает вал и радиально расположенные лопасти, каждая из которых выполнена в виде рамы с материалом, имеющим выпукло-вогнутую форму.
Ветродвигатель снабжен связующими элементами в виде верхних и нижних колец с размещением их центров на оси вала и с расположением между ними рам. Каждая рама имеет прямоугольную форму и разделена по его диагонали на верхнюю и нижнюю треугольные рамы, выполненные с креплением вертикальной стороны нижней треугольной рамы к валу, с соединением крепежными элементами нижней треугольной рамы с верхней и с заполнением верхней и нижней треугольных рам набором прилегающих малых треугольных рам с возможностью установки в каждую из них парусных элементов. Парусные элементы имеют выпуклую форму, снабжены элементами для крепления в углах малых треугольных рам и выполнены из эластичного материала. Ветродвигатель размещен в моносотоструктурном каркасе.
Кроме того, рамы установлены в количестве, по меньшей мере, трех, и при кратности равной трем или четырем.
Согласно полезной модели эта задача решается за счет того, что моносотоструктурный каркас для ветродвигателя, согласно п.1 и п.2, выполнен в виде моносоты, содержащей центральный объем, имеющий форму шестигранной призмы с верхним и нижним основаниями из балок, и с боковыми стойками, верхний объем, имеющий форму шестиугольной пирамиды с основанием, соответствующим верхнему основанию, и с наклонными балками, и нижний объем, имеющий форму многогранника с основанием, соответствующим нижнему основанию, и с наклонными и связующими балками.
Центральный объем выполнен с верхними и нижними амортизирующими устройствами и с направляющими и стабилизирующими роликами, установленными вверху и внизу на каждой из стоек, соответственно. Центральный объем имеет внутренние габариты достаточные для вписывания верхнего и нижнего колец с возможностью взаимодействия их с направляющими и стабилизирующими роликами, соответственно. Центральный объем выполнен с возможностями подвешивания вала и вращения относительно оси при свободном положении его нижней части. Центральный объем снабжен амортизирующими элементами, установленными между балками нижнего основания. Центральный объем содержит треугольные элементы, выполненные по всей площади верхнего и нижнего оснований. Верхний объем снабжен подвесным узлом с центральным роликовым механизмом, установленным в центре основания и обеспечивающим подвешивание вала. Верхний объем содержит треугольные элементы, выполненные по всей площади между наклонными балками. Нижний объем снабжен амортизирующими элементами, установленными между наклонными и связующими балками. Нижний объем содержит треугольные элементы, выполненные по всей площади между наклонными и связующими балками. Все треугольные элементы заполнены звукопоглощающим материалом.
Заявителем не выявлены источники, содержащие информацию о технических решениях, идентичных настоящей полезной модели, что позволяет сделать вывод о ее соответствии критерию «новизна».
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где изображены:
на фиг.1 - Ветродвигатель в моносотоструктурном каркасе, в сборе;
на фиг.2 - Ветродвигатель, в сборе;
на фиг.3 - Моносотоструктурный каркас, в сборе;
на фиг.4 - Верхнее основание центрального объема каркаса, в плане;
на фиг.5 - Нижнее основание центрального объема каркаса в плане;
на фиг.6 - Лопасть, конструктивное построение;
на фиг.7 - Парусные элементы, фрагмент установки;
на фиг.8 - Лопасть, фрагмент сборки;
на фиг.9 - Лопасти в каркасе, схематично;
на фиг.10 - Верхнее кольцо ветродвигателя, в плане;
на фиг.11 - Нижнее кольцо ветродвигателя, в плане;
на фиг.12 - Три лопасти, в плане;
на фиг.13 - Шесть лопастей, в плане;
на фиг.14 - Восемь лопастей, в плане. Ветродвигатель карусельного типа содержит:
Вал - 1,
Лопасти в виде рамы прямоугольной формы - 2,
верхнюю треугольную раму - 3,
нижнюю треугольную раму - 4,
вертикальную сторону (рамы 4) - 5.
Малые треугольные рамы (в рамах 3 и 4) - 6,
парусные элементы (в рамах 6) - 7.
Связующий элемент в виде верхнего кольца - 8.
Связующий элемент в виде нижнего кольца - 9.
Моносотоструктурный каркас в виде моносоты содержит:
Центральный объем (моносоты) - 10.
Верхнее основание (объема 10) - 11,
балки (основания 11) - 12,
треугольные элементы (основания 11) - 13.
Нижнее основание (объема 10) - 14,
балки (основания 14) - 15,
амортизирующие элементы (между балками 15) - 16,
треугольные элементы (основания 14) - 17.
Боковые стойки (в объеме 10) - 18.
Верхние амортизирующие устройства - 19.
Нижние амортизирующие устройства - 20.
Направляющие ролики - 21.
Стабилизирующие ролики - 22.
Верхний объем (моносоты) - 23,
наклонные балки (объема 23) - 24,
треугольные элементы (между балками 24) - 25.
Подвесной узел с центральным роликовым механизмом - 26.
Нижний объем (моносоты) - 27,
наклонные балки (объема 27) - 28,
связующие балки (объема 27) - 29,
амортизирующие элементы (между балками 28 и 29) - 30,
треугольные элементы (между балками 28 и 29) - 31.
Ветродвигатель включает вал 1, лопасти в виде рамы прямоугольной формы 2 и связующие элементы в виде верхнего 8 и нижнего 9 колец.
Центры верхнего 8 и нижнего 9 колец размещены на оси вала 1. Между верхним 8 и нижним 9 кольцами расположены рамы 2.
Ветродвигатель содержит не меньше трех рам 2 при кратности равной трем или четырем.
Каждая рама 2 имеет прямоугольную форму и разделена по его диагонали на верхнюю 3 и нижнюю 4 треугольные рамы.
Каждая нижняя треугольная рама 4 выполнена с возможностью крепления ее вертикальной стороны 5 к валу 1.
Верхняя 3 и нижняя 4 треугольные рамы выполнены с крепежными элементами для соединения их друг с другом.
Верхняя 3 и нижняя 4 треугольные рамы заполнены набором прилегающих малых треугольных рам 6. В каждую малую треугольную раму 6 установлены парусные элементы 7.
Парусные элементы 7 имеют выпуклую форму, снабжены элементами для крепления в углах малых треугольных рам 6 и выполнены из эластичного материала.
Ветродвигатель размещен в моносотоструктурном каркасе.
Моносотоструктурный каркас выполнен в виде моносоты.
Моносота содержит центральный 10, верхний 23 и нижний 27 объемы.
Центральный объем 10 имеет форму шестигранной призмы с верхним 11 и нижним 14 основаниями из балок 12 и 15, соответственно, и с боковыми стойками 18.
Центральный объем 10 имеет внутренние габариты достаточные для вписывания верхнего 8 и нижнего 9 колец.
Центральный объем 10 выполнен с верхними 19 и нижними 20 амортизирующими устройствами и направляющими 21 и стабилизирующими 22 роликами, установленными на каждой из стоек 18 вверху и внизу, соответственно. Верхнее 8 и нижнее 9 кольца взаимодействуют с направляющими 21 и стабилизирующими 22 роликами, соответственно.
Центральный объем 10 выполнен с возможностями подвешивания вала 1 и вращения относительно оси при свободном положении его нижней части.
Центральный объем 10 снабжен амортизирующими элементами 16, установленными между балками 15 нижнего основания 14.
Центральный объем 10 содержит треугольные элементы 13 и 17, выполненные по всей площади верхнего 11 и нижнего 14 оснований.
Верхний объем 23 имеет форму шестиугольной пирамиды с основанием, соответствующим верхнему основанию 11 центрального объема 10, и с наклонными балками 24.
Верхний объем 23 снабжен подвесным узлом с центральным роликовым механизмом 26, установленным в центре основания 11 и обеспечивающим подвешивание вала 1.
Верхний объем 23 содержит треугольные элементы 25, выполненные по всей площади между наклонными балками 24.
Нижний объем 27 имеет форму многогранника с основанием, соответствующим нижнему основанию 14 центрального объема 10, с наклонными 28 и связующими 29 балками.
Нижний объем 27 снабжен амортизирующими элементами 30, установленными между наклонными 28 и связующими 29 балками.
Нижний объем 27 содержит треугольные элементы 31, выполненные по всей площади между наклонными 28 и связующими 29 балками.
Треугольные элементы 13, 17, 25 и 31 заполнены звукопоглощающим материалом.
Моносоту собирают согласно патентам RU №2273708 C1, RU №81225 U1.
Для балок 12, 15, 24, 28, 29 и стоек 18 могут быть использованы: специально обработанное дерево, металл, в том числе профили, или любые известные строительные материалы.
Установку ветродвигателя осуществляют следующим образом.
В центре основания 11 верхнего объема 23 устанавливают подвесной узел с центральным роликовым механизмом 26 и осуществляют подвешивание вала 1.
Последовательно каждую нижнюю треугольную раму 4 крепят ее вертикальной стороной 5 к валу 1.
Последовательно каждую нижнюю треугольную раму 4 заполняют набором прилегающих малых треугольных рам 6.
Устанавливают нижнее кольцо 9, связывающее наружные углы нижних треугольных рам 4.
Проводят установку и блокирование стабилизирующих роликов 22 нижнего кольца 9.
Последовательно каждую нижнюю треугольную раму 4 соединяют крепежными элементами с верхней треугольной рамой 3.
Последовательно каждую верхнюю треугольную раму 3 заполняют набором прилегающих малых треугольных рам 6.
Устанавливают верхнее кольцо 8, связывающее наружные углы верхних треугольных рам 3.
Проводят установку и блокирование направляющих роликов 21 верхнего кольца 8.
Последовательно в каждую малую треугольную раму 6 верхней 3 и нижней 4 треугольных рам вставляют со свободным базированием парусные элементы 7 с креплением их только в углах малых треугольных рам 6.
Проводят пуско-наладочные работы: отцентровка подвесного вала 1, отладка рам 2 и проверка сопряжения роликов 21 и 22.
Осуществляют разбалансировку верхнего 8 и нижнего 9 колец.
При скорости ветра 1-3 м/с рамы 2 медленно вращаются, минимальное трение вызывают центральный роликовый механизм 26, направляющие ролики 21 и стабилизирующие ролики 22. Центральный роликовый механизм 26 обеспечивает передачу энергии. Направляющие ролики 21 и стабилизирующие ролики 22, при минимальном их количестве, обеспечивают стабилизацию хода. Направляющие ролики 21 и стабилизирующие ролики 22 оказывают на кольца 8 и 9 минимальное давление и благодаря большому рычагу эти силы трения ничтожно малы.
При скорости ветра 4-10 м/с скорость вращения рам 2 верхнего 8 и нижнего 9 колец возрастает, при этом количество задействованных и присоединенным к ним направляющих 21 и стабилизирующих 22 роликов увеличивается.
При скорости ветра 10-90 м/с рамы 2 не стопорятся, они продолжают движение и находятся в частично нагруженном состоянии. При порывистом ветре направляющие 21 и стабилизирующие 22 ролики совместно с амортизирующими устройствами 19 и 20 выполняют балансирующую и антивибрационную функции.
Использование моносотоструктурного каркаса для ветродвигателя являются принципиально новым направлением в ветроэнергетике и позволяет решать проблемы их установки в любых регионах.
Конструктивное выполнение каркаса в виде моносоты обеспечивает повышенную устойчивость работающего ветродвигателя.
Использование ветродвигателя карусельного типа обеспечивает максимальный охват вращающихся рам 2 при подвешенном вале 1 в моносотоструктурном каркасе, и он создает благоприятные условия для работы и повышает устойчивость конструкции.
Выбор рам 2 в количестве не меньше трех обеспечивает жесткость конструкции при взаимодействии их с верхним 8 и нижним 9 кольцами.
Жесткое закрепление рам 2 между осью вала 1 и верхним 8 и нижним 9 кольцами защищает ветродвигатель от разбалансировки.
Наличие верхнего 8 и нижнего 9 колец увеличивает горизонтальную жесткость ветродвигателя.
Разделение рамы 2 на верхнюю 3 и нижнюю 4 рамы увеличивает вертикальную жесткость ветродвигателя.
Крепление к валу 1 только нижней рамы 4 при свободном положении верхней рамы 3 обеспечивает гибкость конструкции при порывах ветра и повышает надежность эксплуатации.
Выполнение верхней 3 и нижней 4 треугольных рам 2 с заполнением их малыми треугольными рамами 6 и с установкой в каждую из них парусных элементов 7, имеющих выпуклую форму, снабженных элементами для крепления в углах малых треугольных рам 6 и выполненных из эластичного материала, повышает обтекаемость (выпуклая форма), снижает сопротивление (крепление парусных элементов 7 только в углах), упрощает ремонт (замена только отдельных поврежденных парусных элементов 7) и повышает безопасность работы ветродвигателя.
Наличие амортизирующих элементов 16 между балками 15 нижнего основания 14 и амортизирующих элементов 30 между наклонными 28 и связующими 29 балками нижнего объема 27 в центральном объеме 10 моносоты позволяет гасить вибрации при эксплуатации ветродвигателя.
Наличие треугольных элементов 13 и 17 в верхнем 11 и нижнем 14 основаниях центрального объема 10, наличие треугольных элементов 25 между наклонными балками 24 в верхнем объеме 23 и наличие треугольных элементов 31 между наклонными 28 и связующими 29 балками в нижнем объеме 27, заполненных звукопоглощающим материалом, позволяет снизить шумовые эффекты при эксплуатации ветродвигателя.
Эксплуатация ветродвигателя при размещении его в моносотоструктурном каркасе надежна при любом направлении ветра и при резкой смене направления.
Эксплуатация ветродвигателя в моносотоструктурном каркасе возможна как при сверхслабых ветрах (4-10 м/с), так и при ураганных ветрах (10-90 м/с), что расширяет возможности его использования.
Предложенные ветродвигатель и моносотоструктурный каркас содержат детали и узлы, широко применяемые в ветроэнергетике и строительной технике, и проведенные проектно-конструкторские и технологические проработки обусловливают, по мнению заявителя, соответствие ветродвигателя критерию «промышленная применимость».