КОМБИНИРОВАННЫЙ РЕГУЛИРУЕМЫЙ ВЕТРОДВИГАТЕЛЬ

Комбинированный регулируемый ветродвигатель. Полезная модель относится к ветроэнергетике и может быть использована в ветряных двигателях для обеспечения энергией различных потребителей. Известны ветродвигатели с вертикальным ротором и размещенными по всей окружности ротора подводящими тангенциально расположенными конфузорными соплами (см. а.с. №408049 бюл. №47. от 10. XII. 1973). В этом устройстве, набегающий поток воздуха, втекающий в конфузорные сопла с наветренной стороны, раскручивает ротор и, после совершения этой полезной работы, поток воздуха вытекает через сопла с подветренной стороны. Частично, через открытое верхнее пространство, над ротором.
Для повышения К.П.Д. ветродвигателя, в верхней части ротора устанавливают дополнительное лопастное колесо с наклонными лопастями (см. №136100, бюл. №36 от 27.12.2013 г. ), для увеличения К.П.Д над лопастным колесом установлен аэродинамический пропеллер. Известный комбинированный ветродвигатель также содержит закрепленное на вертикальном полом валу ветроколесо и конфузорные сопла.
Данное устройство принято нами за прототип. Недостаток прототипа: низкий коэффициент полезного действия (К.П.Д), обусловленный тем, что значительная часть воздушного потока, обладающего кинетической энергией, вытекает через сопла с подветренной стороны и не используется в работе.
Технической проблемой является низкий коэффициент полезного действия.
Технический результат, направленный на решение данной проблемы, заключается в повышении К.П.Д. за счет более полного использования располагаемой мощности ветрового потока с регулированием в зависимости от направления фронта ветра.
Технический результат достигается тем, что комбинированный регулируемый ветродвигатель для ветровых энергоустановок, содержащий тангенциально расположенные конфузорные сопла с регулируемыми заслонками в узком сечении и вертикально расположенный ротор, выполнен с четным количеством конфузорных сопел и положение заслонок управляется положением зубчатой рейки, связанной через гидроусилитель с шестерней, расположенной на валу флюгера, находящегося внутри вала ротора, причем каждой паре заслонок, расположенных в радиально противоположных соплах, соответствует своя шестерня с рейкой и гидроусилителем. Тангенциальные стенки конфузорных сопел имеют аэродинамический профиль, а каждая подвижная заслонка имеет направляющие пазы.
Предлагаемое устройство представлено на
Фиг. 1 - общий вид;
Фиг. 2 -поперечное сечение;
Фиг. 3 - расположение управляющих шестерен на валу флюгера;
Фиг. 4 - гидравлическая схема управления;
Фиг. 5 - кинематическая схема движения заслонками.
Здесь:
1 - основание;
2 - конфузорное сопло,
3 - ротор Савониуса,
4 - подвижная заслонка,
5 - основной вал,
6 - лопастное колесо,
7 - аэродинамический пропеллер,
8 - флюгер,
9 - штанга флюгера,
10 - управляющий вал,
11 - верхний подшипник управляющего вала,
12 - верхний подшипник основного вала,
13 - кожух,
14 - диск,
15 - нижний подшипник основного вала,
16 - шкив,
17 - зубчатые рейки,
18 - зубчатые колеса,
19 - нижний подшипник управляющего вала,
20 - паз, направляющий заслонки,
21 - гидроцилиндр,
22 - пружина,
23 - гидроусилитель,
24 - гидроцилиндр зубчатой рейки.
Предложенное устройство представляет собой следующую конструкцию. На основании 1 расположен основной вал 5, выполненный пустотелым, внутри которого находится управляющий вал 10. На валу 5 установлен ротор Савониуса 3, закрепленный на диске 14. Вокруг ротора Савониуса 3 расположен, конфузорное сопло 2 образованный радиальной - 2р,
тангенциальной 2 т боковыми стенками и двумя- верхним 2в и нижним 2н стенками, которые образуют конфузорный канал, расположенный тангенциально к оси вращения ротора Савониуса 3. На боковой тангенциальной стенке 2 т находится подвижная заслонка 4, которая может передвигаться в направляющем пазу 20. Подвижная заслонка 4 имеет пружину 22 и соединена со штоком гидроцилиндра 21, который соединен гидравлически с гидроусилителем 23. На основном валу 5 над ротором Савониуса находится лопастное колесо 6, над которым установлен аэродинамический пропеллер 7. Основной вал 5 вращается в подшипниках 12 и 15. Внутри основного вала 5 проходит управляющий вал 10, вращающийся в подшипниках 11 и 19. На валу 5 имеется шкив 16 для отвода снимаемой мощности потребителю. В верхней части вала 10 имеется штанга 9 с флюгером 8. В нижней части вала 10 расположены зубчатые колеса 18, количество которых равно числу пар сблокированных сопел концентраторов 2. Каждое зубчатое колесо 18 имеет в зацеплении зубчатую рейку 17, которые связаны с гидроусилителями 23 и через гидроцилиндры 21 воздействуют на заслонку 4.
Устройство работает следующим образом: набегающий поток воздуха попадает в несколько окон, расположенные с наветренной стороны. В соответствии с направлением ветра поворачивается штанга 9 с флюгером 8, вследствие чего поворачивается управляющий вал 10. Расположенные на валу 10 зубчатые колеса 18 поворачиваются, перемещая находящиеся с ними в зацеплении зубчатые рейки 17. Перемещение реек 17 воздействует на поршни гидроусилителей 23 и через гидроцилиндры 21 воздействуют на заслонки 4. Каждое зубчатое колесо 18 находится в зацеплении с двумя зубчатыми рейками 17, расположенными диаметрально противоположно друг к другу, поэтому их перемещение происходит во взаимно противоположных направлениях. Таким же образом, в противоположных направлениях осуществляется воздействие на поршни гидроусилителей 23 и через гидроцилиндры 21 на заслонки 4. Поскольку конфузорные сопла 2 сблокированы попарно с противоположным радиальным сегментом и каждое зубчатое колесо 18 и зубчатые рейки 17 управляют каждой парой заслонок 4, то одновременно происходит действие с каждой парой заслонок, но с противоположным знаком: одна заслонка полностью открывает канал сопла (с наветренной стороны), а другая заслонка полностью закрывает канал сопла (с подветренной стороны). При этом, заслонки, относящиеся к боковым каналам (по отношению к направлению ветра) занимают промежуточное положение. Поскольку поток воздуха, истекающий с подветренных сопел существенно уменьшается, то значительная часть воздуха раскручивает ротор Савониуса и лопастное колесо 6 и мощность на валу 5 существенно возрастает и увеличивается снимаемая энергия со шкива 16.
В случае изменения направления ветра штанга 9 с флюгером 8 поворачивается, вызывая поворот управляющего вала 10, в соответствии с которым зубчатые колеса 18 изменяют свое положение передвигая соответствующие зубчатые рейки 17, а соответственно и заслонки 4. Поэтому, при любом направлении ветра одна пара конфузорных сопел обязательно будет соответствовать вектору направления потока воздуха и заслонка с направленной стороны будет полностью открыта, а с подветренной стороны будет полностью закрыта. Такое более полное использование ветрового потока позволит повысить К.П.Д. установки.