ВЕТРОНАСОСНАЯ УСТАНОВКА
WIND POWER GENERATOR PLANT

Изобретение относится к ветроэнергетике, в частности при использовании энергии ветра для механизации подъема воды из скважин и колодцев, и может быть использовано для водоснабжения животноводческих ферм и т.п. предприятий.
Известна ветронасосная установка, содержащая башню, установленную на ней поворотную головку, закрепленный на головке ветропривод, соединенный шатуном со штангой, приводящей в действие объемный или глубинный насос, подключенный к емкости [1].
Наиболее близкой к предложенной является ветронасосная установка, включающая неподвижное основание, установленную на нем с возможностью поворота горизонтальную станину, лопасти, стабилизатор, противовесы, балансир и насос [2].
Недостатком аналогов является сложность конструкции и ненадежность, обусловленная отсутствием конструктивных элементов, обеспечивающих защиту от ураганных ветров.
Задачей предложенного изобретения является повышение надежности установки и увеличение ее коэффициента полезного действия.
Техническим результатом является обеспечение возможности наклона лопастей в горизонтальное положение под порывами сильного ветра и качания штанг с лопастями в потоке постоянного ветра.
Технический результат достигается тем, что в ветронасосной установке, включающей неподвижное основание, установленную на нем с возможностью поворота горизонтальную станину, две лопасти, стабилизатор, противовесы, балансир и насос, согласно изобретению каждая лопасть закреплена на штанге, установленной в цилиндрическом корпусе с возможностью поворота вокруг своей оси на угол 89-91°, при этом цилиндрические корпуса штанг жестко соединены между собой горизонтальным валом, установленным на горизонтальной станине с возможностью поворота вокруг своей оси на угол 180-200°, имеющим установленную по центру горизонтальной станины кинематическую пару для передачи возвратно-поступательного движения поршню насоса, стабилизатор выполнен в виде руля с оперением, закрепленного на горизонтальной станине перпендикулярно горизонтальному валу, противовесы закреплены на цилиндрических корпусах штанг со сторон, противоположных лопастям, а балансир выполнен в виде груза, установленного на каждой штанге под углом 43-45° к плоскости лопасти.
Кинематическая пара может быть выполнена в виде шестерни и зубчатой рейки.
Зубчатая рейка может быть соединена со штоком поршня насоса и расположена по оси вращения горизонтальной станины.
Зубчатая рейка может быть зафиксирована с нерабочей стороны роликом, установленным на стабилизаторе.
Ограничитель поворота на угол 89-91° может быть выполнен в виде горизонтальной щели, выполненной в цилиндрическом корпусе штанги.
Изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 показан общий вид ветронасосной установки, на фиг.2 - вид со стороны шестерни, на фиг.3 - вид сверху, на фиг.4 - вид штанги с лопастью сверху в положении I (увеличено), на фиг.5 - вид штанги с лопастью сверху в положении II (увеличено).
Ветронасосная установка включает неподвижное основание 1, расположенное на земле, т.е. центр тяжести всей конструкции близок к поверхности земли и не нуждается в башне. На неподвижном основании 1 установлена с возможностью поворота горизонтальная станина 2. Ветронасосная установка имеет две лопасти 3, стабилизатор 4, противовесы 5, балансиры 6 и насос 7. Каждая лопасть 3 закреплена на штанге 8, установленной в цилиндрическом корпусе 9 с возможностью поворота вокруг своей оси на угол 89-91°. Цилиндрические корпуса 9 штанг 8 жестко соединены между собой установленным на горизонтальной станине 2 с возможностью поворота вокруг своей оси на угол 180-200° горизонтальным валом 10, имеющим установленную по центру горизонтальной станины 2 кинематическую пару 11 для передачи возвратно-поступательного движения поршню насоса 7. Стабилизатор 4 выполнен в виде руля с оперением 12, закрепленного на горизонтальной станине 2. Противовесы 5 закреплены на цилиндрических корпусах 9 штанг 8 со сторон, противоположных лопастям 3. Балансиры 6 выполнены в виде грузов, установленных на каждой штанге под углом 43-45° к плоскостям лопастей 3.
Кинематическая пара 11 может быть выполнена в виде шестерни 13 и зубчатой рейки 14, зафиксированной с нерабочей стороны роликом 15, установленным на стабилизаторе 4. Ограничитель поворота на угол 89-91° может быть выполнен в виде горизонтальной щели 16, выполненной в цилиндрическом корпусе штанги или в виде фиксаторов 17, установленных на цилиндрическом корпусе 9 штанги 8. Вал 10 установлен в подшипниках 18. Штанги установлены в подшипниках 19. Штанги 8 установлены в цилиндрических корпусах 9 на упорные подшипники 20. Горизонтальная станина 2 установлена в подшипниках 21.
Ветронасосная установка работает следующим образом.
Плоскость качания штанг 8 с лопастями 3 может поворачиваться вокруг оси горизонтального вала 10 на угол 180-200°, но в исходном положении I в момент безветрия плоскость качания штанг наклонена на угол 43-45° от вертикали (зенита) в сторону против ветра. В рабочем режиме лопасти 3 повернуты к ветру всей своей плоскостью под прямым углом и максимально используют силу ветра. Такое положение обеспечивается противовесом 5 на нижних концах цилиндрических корпусов 9. При напоре ураганного ветра лопасти 3 перемещаются по ветру и поворачивают штанги 8 вокруг оси горизонтального вала 10. Описав дугу, лопасти 3 движутся под напором ветра к точке зенита и, преодолев ее, продолжают отклоняться до тех пор, пока балансиры 6 не повернут штанги 8 с лопастями 3 на 90° вокруг своей оси. При этом лопасти 3 повернутся ребром к ветру. Давление на штанги 8 резко уменьшится. Положение II - начало возвращения в исходное положение. Противовесы 5 стремятся, опускаясь, повернуть штанги 8 с лопастями 3 обратно в исходное положение I, не встречая сопротивления ветра, т.к. лопасти 3 повернуты ребром к потоку воздуха. Обратное движение штанг 8 под действием противовесов 5 будет продолжаться до тех пор, пока лопасти 3 не пересекут вертикаль и не дойдут до исходного положения I. В этом положении балансиры 6 под действием своей силы тяжести повернут штанги 8 вокруг своей оси и лопасти 3 повернутся назад на 90° и всей плоскостью будут сопротивляться ветру. Поток воздуха будет давить на лопасти 3 и поворачивать штанги 8 по ветру до положения II, когда балансиры 6 повернут лопасти 3 ребром к ветру.
Таким образом, качания штанг 8 будут продолжаться до тех пор, пока дует ветер. Качания штанг передаются горизонтальному валу 10 и соответственно шестерне 13, и зубчатой рейке 14, передающей возвратно-поступательное движение поршню насоса 7.
Амплитуда качания зависит от силы ветра и в пределе может достигать 200°. При угле наклона 90° по ветру от вертикали штанги 8 с лопастями 3 ложатся горизонтально и при этом пропускают слишком сильные порывы ветра, предохраняя конструкцию от разрушения.
Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР №1178932, Кл. F03D 9/00, опубл. 15.09.1985.
2. Патент РФ №2072445, Кл. F03D 9/00, опубл. 27.01.1997.