МОДУЛЬНЫЙ ВЕТРОДВИГАТЕЛЬ С ГОРИЗОНТАЛЬНЫМИ ЛОПАСТЯМИ И ЦЕНТРОБЕЖНЫМ РЕГУЛЯТОРОМ ОБОРОТОВ

Полезная модель «модульный ветродвигатель с горизонтальными лопастями и центробежным регулятором оборотов» относится к ветроэнергетике и предназначен для преобразования энергии ветра в механическую энергию за счет вращения, соединенных по вертикали модулей в виде шестигранных ступиц с парой поворотных соосных лопастей каждая, связанных горизонтальной осью, проходящей через две грани. Соосные лопасти имеют форму равнобедренного треугольника, установлены взаимно перпендикулярно, и закреплены ассиметрично относительно оси. При вращении устройства лопасти разворачиваются с осью поочередно в рабочее положение, при котором давления ветра действует перпендикулярно на плоскость одной лопасти и действует параллельно плоскости другой лопасти, движущейся навстречу ветру, что обеспечивает повышенную мощность в отличие от ветродвигателя системы Савониуса, использующего эффект крыла. Центробежный регулятор оборотов сохраняет скорость вращения. Горизонтальное расположение лопастей делает высоту всего устройства значительно ниже, чем при вертикальном вращении, требует меньше материала на изготовление мачты или вышки, меньший запас прочности от опрокидывания при сильных порывах ветра.
Известен ветродвигатель, F03D 3/06 Патент 2289722, 2005 год, для преобразования энергии ветра в механическую энергию, состоящий из ступицы, трех пар соосных поворотных лопастей, имеющих секторную форму и связанных валами, расположенными в горизонтальной плоскости, два из которых имеют изгиб в центре. Лопасти могут само устанавливаться при контакте в горизонтальном положении с упорами, размещенными на ступице.
У этой модели есть недостатки: каждое устройство может быть собрано только на одну мощность; лопасти расположены на одной высоте и частично взаимно перекрывают поток набегающего ветра, что снижает общую мощность; момент вращения (произведение силы давления на участок плоскости на расстояние этого участка до оси вращения), приложенный к наружному краю секторной плоскости больше чем у ступицы из-за разности площадей и расстояния от оси, лопасть испытывает изгибающие усилия и требует дополнительной прочности; два из трех валов изгиб гнуты в центре ступицы, это приводит к усложнению изготовления и сборки ступицы; нет механизма регулирования скорости вращения.
Технический результат, получаемый при использовании предлагаемой полезной модели, заключается в получении требуемой мощности ветродвигателя за счет сборки необходимого количества простых по конструкции отдельных модулей и автоматическом регулировании скорости вращения.
Указанный технический результат достигается тем, что простые по конструкции модули, состоящие из пары взаимно перпендикулярно закрепленных лопастей на оси, проходящей через две грани шестигранной ступицы, соединяются вертикально, а центробежный регулятор оборотов поддерживает постоянную скорость вращения ветродвигателя.
На Фиг. 1 изображен модуль ветрогенератора: полая шестигранная ступица - 1, в ее две противоположные грани установлены подшипники - 2 и ось - 3, на концах оси закреплены перпендикулярно друг другу лопасти - 4 со смещением оси симметрии, что позволяет лопастям в нерабочем состоянии занимать положение под углом около 45 град, к горизонту. Ветродвигатель собирается из отдельных модулей, каждый из которых входит нижней цилиндрической частью внутрь граненой части. Они скрепляются винтами, закрученными через специальные отверстия - 6 в углубления - 5. Минимальное количество - две ступицы, они устанавливаются одна на другую, оси с лопастями находятся на разной высоте и угол между ними составляет 90 град. При трех ступицах угол между осями - 60 град., при четырех ступицах - 45 град., при шести - 30 град, и т.д., в зависимости от необходимой мощности. При таком расположении лопастей, одна над другой и сдвигом по горизонту соседние лопасти не перекрывают поток воздуха друг другу, что позволяет полностью использовать энергию ветра по всей высоте устройства.
На Фиг. 2 изображен общий вид ветрогенератора из трех модулей в сборе - нижняя ступица - 12 без лопастей служит для крепления в подшипнике и соединения с генератором или насосом на платформе вышки или автомобиля (не показаны на рисунке) и для установки кольца - 13 центробежного регулятора оборотов;
на ступице выше нижней, на противоположных гранях закреплены свободно висящие рычаги - 7 (на схеме не показан второй рычаг с креплениями) центробежного регулятора оборотов с грузами - 8 на концах и тягами - 9, соединенными с кольцом - 13. При вращении ветродвигателя грузы с рычагами расходятся за счет центробежной силы в стороны, тяги - 9 поднимают кольцо - 13 регулятора, которое вдоль граней ступицы поднимает упоры - 10 с ограничителями - 11 поворота лопастей. Поднимаясь выше оси лопастей, упоры не позволяют лопасти устанавливаться в горизонтальное положение при движении навстречу ветру. Это приводит к замедлению вращения всего ветродвигателя, т.к. лопасть, опираясь на упор, имеет наклон при движении навстречу ветру, и испытывает большее сопротивление, чем в горизонтальном положении. Для двух - трех ступиц достаточно воздействовать только на лопасти одной.
Ветродвигатель работает следующим образом. В исходном состоянии, без ветра, все лопасти находятся под углом около 45 градусов к горизонту, причем большей частью поверхности вниз за счет веса. При ветре с любой стороны лопасти поворачиваются на 45 град, и становятся (справа по рисунку горизонтально) параллельно силе действия ветра, а слева вертикально, т.е. перпендикулярно силе ветра и устройство начинает вращение. При усилении ветра число оборотов увеличивается, грузы - 8 регулятора расходятся в стороны и поднимают кольцо - 13 регулятора оборотов, которое поднимет штоки - 10 с упорами - 11. Лопасть, при движении против ветра, не сможет стать горизонтально, а упрется в упор и займет наклонное положение, сила сопротивления наклонной лопасти при движении против ветра будет больше, чем при горизонтальном положении, а сила давления ветра на наклонную поверхность противоположной лопасти по ветру будет меньше, чем при вертикальном положении, что приведет к уменьшению оборотов. Вал нижнего модуля - 12 крепят в подшипнике и соединяют с генератором для получения электроэнергии или насосом для перекачки воды. Устройство можно собирать вручную из отдельных компонентов стационарной платформы и модулей ветродвигателя. Модули в разобранном виде перевозятся автомобилем для быстрой доставки и монтажа в месте использования, при этом установку можно выполнить на кузове-платформе, ее устойчивость при работе обеспечат гидроподъемники автомобиля или прицепа. Установка ветродвигателя наверху вертикальной цистерны с водой около водоема позволит закачивать воду до необходимого уровня для полива полей или для нужд скотоводческих ферм.