РОТОРНЫЙ ВЕТРОДВИГАТЕЛЬ
ROTOR-TYPE WINDMILL

Изобретение относится к области ветроэнергетики и касается ветродвигателей роторного типа с вертикальным валом вращения, и может быть использовано преимущественно для привода электрических и тепловых генераторов.
Известен роторный ветродвигатель, имеющий вертикальную ось вращения, лопасти ротора, выполненные с профилем, образующим парабалоид, направляющий рупор для направления потока ветра на лобовую поверхность лопасти и флюгер (Патент РФ 2334433).
Известный роторный ветродвигатель имеет сложную конструкцию и невысокий КПД, металлоемок.
Известен карусельный ветродвигатель, содержащий вертикальный вал, подвижные и неподвижные лопасти, соединенные шарнирами, и плоские пружины, расположенные горизонтально, прикрепленные одними концами к неподвижным лопастям, а другими через пьезопреобразователи прижаты к подвижным лопастям (Патент РФ 2319858).
Известен роторный двигатель ветряка с вертикальным валом вращения, содержащий ротор, у которого рабочими органами являются лопасти, выполненные в виде части полого цилиндра, закрепленные на вертикальном валу, на концах которого установлены верхний и нижний подшипники, закрепленные в опорной ферме, состоящей из трех опор, по совокупности существенных признаков принятый в качестве ближайшего аналога (прототипа) изобретения (Патент РФ 2263815).
К недостаткам роторного ветродвигателя относится: низкий КПД использования энергии ветра, невысокая надежность при больших скоростях ветра, необходима относительно большая скорость ветра для его пуска и работы.
Технический результат заключается в повышении надежности и КПД, повышении пускового момента и работы ветродвигателя на оптимальных скоростях ветра и все это обеспечивается за счет того, что роторный ветродвигатель, содержащий вертикальный вал, к которому жестко прикреплены лопасти, выполненные в виде полого цилиндра, через шарниры связаны с подвижными лопастями, согласно изобретению к лопастям снаружи их выпуклых поверхностей жестко прикреплены штыри, связанные с вертикальными пластинами, к которым прикреплены резиновые пластины, контактирующие с подвижными лопастями. В вогнутых поверхностях лопастей, в их центре, по высоте, выполнены отверстия, в которые запрессованы конусные втулки с шариками внутри и крестовиной снаружи.
На чертежах изображена схема роторного ветродвигателя, где на фиг.1 - общий вид без опорной рамы и без торцовых лопастей, на фиг.2 - вид сверху с условными силами ветра; на фиг.3 - вид на втулку, аксонометрия.
Роторный ветродвигатель содержит вертикальный вал 1, к которому жестко прикреплены лопасти 2, выполненные в виде полого цилиндра (1/2 часть его) - 4 шт., через шарниры 3 связаны с подвижными плоскими лопастями 4. К лопастям 2 снаружи их выпуклых поверхностей жестко прикреплены кронштейны 5, связанные с вертикальными пластинами 6, к которым прикреплены, например, резиновые пластины 7, контактирующие с подвижными пластинами 4. В вогнутых поверхностях лопастей 2 в их центре по высоте выполнены отверстия 8, в которые запрессованы конусные втулки 9 с шариками 10 внутри и крестовиной 11 снаружи. Вал 1 в верхней части размещен в опорном подшипнике 12, а в нижней части в опорно-упорном подшипнике 13. Полумуфта 14 вала 1 контактирует с полумуфтой электрического или теплового генераторов (не показаны).
Шарниры 3, типа рояльных петель, могут быть изготовлены отдельно, а затем приварены электросваркой к лопастям 2 толщиной σ и к подвижным лопастям 4. Втулки 9 имеют выходное отверстие 15 на 3÷5 мм в диаметре меньше диаметра шарика 10. Входное отверстие 16 втулки 9 в 1,5÷2,0 раза больше диаметра шарика 10 и перекрыто крестовиной 11. Вставляются втулки 9 в лопасти 2 со стороны их вогнутых частей, которые могут быть выполнены с искусственной шероховатостью, втулки могут быть изготовлены как из пластмассы, так и из металла. Роторный ветродвигатель установлен между опорами опорной фермы и закреплен верхним и нижним концами вала 1 посредством подшипников и подшипниковых опор на соответствующих опорных площадках, наподобии прототипа. Наращивание лопастей 2 с диаметром d выдвижными лопастями 4 на (1,5÷2,0)d увеличит мощность ветродвигателя в 1,5 и более раз.
Роторный ветродвигатель работает следующим образом.
л
л
п
п
п
п
п
При появлении ветра достаточной силы с сосредоточенными силам F', F'', F' и F'' правая подвижная лопасть 4 при воздействии силы F'' отогнется из положения I в положение II. Левая подвижная лопасть 4 упрется через резиновую пластину 7 и пластину 6 в кронштейны 5. Сила F'' отгонит шарики 10 во втулках 9 к отверстиям 15, которые перекроются ими. Сила F' оторвет шарики 10 во втулках 9 от отверстий 15 и тем самым 1/3 часть ее проникнет через отверстия 16. Создается вращающийся момент М и вал 1 ветродвигателя начнет вращение по часовой стрелке, если смотреть сверху. В следующей паре лопастей процесс повторится, и вал 1 будет вращаться до ослабления силы ветра или его полного прекращения. При сильных порывах ветра (ураган), кронштейны 5 ветродвигателя оторвутся от лопастей 2. В этот момент правая и левая подвижные лопасти 4 на шарнирах 3 отогнутся по ходу ветра, из них будут выдуты ветром конусные втулки 9 и ветродвигатель остановится.
Предлагаемый роторный ветродвигатель найдет широкое применение на турбазах, островах и фермерских хозяйствах, а также для обеспечения электроэнергией и теплом дачных домиков и коттеджей.