КАРУСЕЛЬНЫЙ ВЕТРОДВИГАТЕЛЬ
ROTOR-TYPE WINDMILL

Изобретение относится к ветротехнике, в частности к ветродвигателям с вертикальной осью вращения ротора, перпендикулярной направлению ветра.
Все известные карусельные и роторные ветродвигатели  (а.с. СССР №№992799, 992800, патент РФ №2380567) имеют один общий недостаток: мощность ветрового потока передается через лопасти только с одной стороны вращения, что приводит к снижению КПД.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является карусельный ветродвигатель, содержащий установленное на вертикальном полом валу рабочее колесо, выполненное в виде размещенных между верхним и нижним ободами поворотных лопастей, установленных на поворотных валах, закрепленных на кронштейнах, связанных с вертикальным валом, зафиксированным подшипниками качения и сочлененным с электрогенератором, неподвижное основание, служащее опорой ветродвигателя (патент РФ №2426005). Недостатком является то, что мощность ветрового потока передается через лопасти колеса только с одной стороны оси вращения, в результате чего ветродвигатель имеет невысокий КПД.
Задачей предлагаемого технического решения является повышение КПД за счет более эффективного использования энергии воздушного потока.
Поставленная задача достигается тем, что карусельный ветродвигатель, содержащий установленное на вертикальном полом валу рабочее колесо, выполненное в виде размещенных между верхним и нижним ободами поворотных лопастей, установленных на поворотных валах, закрепленных на кронштейнах, связанных с вертикальным валом, зафиксированным подшипниками качения и сочлененным с электрогенератором, неподвижное основание, служащее опорой ветродвигателя, согласно изобретению, ветродвигатель снабжен дополнительным рабочим колесом и опорой, при этом опоры расположены одна в другой, вертикальный вал выполнен в виде двух полых валов разной длины, размещенных один в другом и сцепленных в верхней части планетарными зубчатыми колесами, при этом наружный вал выполнен меньшей длины и опирается на конусный подшипник, установленный над расширенной частью внутреннего вала над внешней опорой, а внутренний вал выполнен большей длины, зафиксирован подшипниками качения и опирается на шариковый подпятник, установленный на внутренней опоре, при этом верхнее рабочее колесо закреплено на верхней части наружного вала, а нижнее рабочее колесо закреплено на нижней части внутреннего вала. Поворотные лопасти верхнего и нижнего рабочих колес с поворотными валами зафиксированы на кронштейнах одной стороной и свободными сторонами направлены друг к другу, при этом поворотные валы верхнего рабочего колеса выполнены с изгибом по оси со смещением, радиус поворотных валов лопастей верхнего рабочего колеса больше радиуса поворотных валов лопастей нижнего рабочего колеса, а кронштейны служат ограничителями для поворотных лопастей. Поворотные лопасти расположены на кронштейне с интервалом, при этом расстояние между осями валов поворотных лопастей больше ширины лопастей. Внутренний вал снабжен тормозной системой.
На фиг.1 представлен общий вид устройства, на фиг. 2 - вид сверху, на фиг.3 - валы с генератором, на фиг.4 - лопасти.
Карусельный ветродвигатель содержит верхнее рабочее колесо 1, вертикальный наружный полый вал 2, верхний обод 3, кронштейны 4, поворотные лопасти верхнего рабочего колеса 5, поворотные валы лопастей 6 верхнего рабочего колеса, болт роликовых подшипников 7, подшипники скольжения 8, нижнее рабочее колесо 9, вертикальный внутренней полый вал 10, планетарные зубчатые колеса 11, крышку 12, нижний обод 13, поворотные лопасти нижнего рабочего колеса 14, поворотные валы лопастей нижнего рабочего колеса 15, конусный подшипник 16, подшипники качения 17, тормозную систему 18, пару шестеренчатых колес 19, шариковый подпятник 20, опору внешнюю 21, опору внутреннюю 22, электрогенератор 23.
Карусельный ветродвигатель работает следующим образом.
При воздействии воздушного потока на поворотные лопасти 5 и 14, которые упираются в кронштейны 4, закрепленные на верхнем 3 и нижнем 13 ободах, верхнее рабочее колесо 1, закрепленное в свою очередь на наружном вертикальном валу 2 в верхней его части, и нижнее рабочее колесо 9, закрепленное на вертикальном внутреннем валу 10 в нижней его части, под конусным подшипником 16, служащим опорой для наружного вала 2, начинают вращаться в противоположном направлении по отношению друг к другу благодаря планетарным зубчатым колесам 11, сцепляющим полые вертикальные валы 2, 10 вверху. Место сцепление валов закрыто крышкой 12. Верхнее колесо 1 вращается по часовой стрелке, а нижнее 9 - против. При этом половина лопастей верхнего 1 и нижнего 9 рабочих колес находится в рабочем положении, под давлением встречного потока воздуха и создает крутящий момент, а другая половина, выходя из рабочего состояния, автоматически разворачивается и проходит между лопастями первой половины. Выполнение поворотных валов 6 верхнего рабочего колеса 1 с изгибом по оси со смещением, наличие подшипников скольжения 8 на них, а также разность радиусов поворотных валов 6, 15 лопастей верхнего 1 и нижнего 9 рабочих колес предотвращает сталкивание валов поворотных лопастей 6, 15 во время работы ветродвигателя. Для остановки карусельного ветродвигателя на вертикальном валу 10 установлена тормозная система 18. Поворотные валы лопастей 6, 15 выполнены полыми и крепятся на кронштейнах 4 в специальных углублениях на болт роликовых подшипников 7. В результате крепления валов поворотных лопастей одной торцевой стороной обеспечивается прочность крепления и плавность хода поворотных валов лопастей. Работающие лопасти верхнего и нижнего рабочих колес создают парусность, воздушный поток, соскальзывая с одних лопастей, упирается в другие, при этом создается разность давления относительно оси валов рабочих колес. Тем самым мощность ветрового потока передается на лопасти с обеих сторон оси вращения ветродвигателя. Крутящий момент через пару шестеренчатых колес 19 передается на электрогенератор 23, установленный на внутренней опоре 22, служащей опорой для внутреннего вала 10, упирающегося в шариковый подпятник 20. Шариковый подпятник 20, являясь опорой вала, одновременно снижает трение при работе ветродвигателя. При этом внутренний вал 10 зафиксирован в подшипниках качения 17, установленных на внешней 21 и внутренней 22 опорах. Тем самым, мощность возрастает, значительно возрастает КПД ветродвигателя при одинаковых габаритах с аналогом.