ВЕТРОДВИГАТЕЛЬ
WIND MOTOR

Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано для автономного энергообеспечения.
Известны способы работы ветряных двигателей, в дальнейшем ветродвигателей, основанные на использовании кинетической энергии ветра и устройства для его осуществления. Это крыльчатки, смонтированные на вертикальном или горизонтальном валу, вращающие вал под воздействием на них направленного потока ветра или других носителей энергии, например потока воды рек или водопадов (Словарь античности. Изд. «Прогресс», Москва, 1989 г., стр. 344).
Известен ветряной двигатель, рабочее колесо которого насажено на вертикальном валу, и вращающееся в горизонтальной плоскости, состоит из расположенных радиально труб, внешние концы которых срезаны под углом в 45° к их оси плоскостями, параллельными оси вала, а внутренние концы зажаты между двумя дисками, закрепленными на рабочем валу.
Работа двигателя основана на воздействии ветрового потока на лопасти, выполненные в виде труб, срезанных под углом 45° их внешних концов. При любом направлении ветра двигатель приводится во вращение ударом потока воздуха в скошенные края труб (Патент СССР №7325. Кл. 88с, Log. 1927).
Недостатком установки является сложность конструкции приводных элементов трубчатой формы со скосами.
Известен ветродвигатель, содержащий опору, две пары поворотных лопастей, взаимодействующих с упорами и установленных на махах, закрепленных на вертикальном валу, и горизонтальную площадку, соединенную с махами.
Опора снабжена замкнутой кольцевой направляющей, махи - контактирующими с ней роликами, а лопасти - пружинными амортизаторами, связанными с махами (SU №1361372, F03D 3/06).
Ветродвигатель характеризуется большими габаритами из-за удаленного расположения лопастей от вала. Он может работать только при наличии достаточной силы ветра, скорость которого должна быть не менее 8 м/сек для преодоления усилия амортизаторов, которые удерживают лопасти в горизонтальном положении. Наличие пружинных амортизаторов значительно усложняет конструкцию.
Известна ветроэнергетическая установка, содержащая опору, ветровое колесо, вращающееся в горизонтальной плоскости, вертикальный вал, при этом ветровое колесо закреплено в опорных подшипниках и выполнено в виде нескольких лопастей, насаженных на центральный вал (Патент RU 2200873, F03D 3/06).
Установка работает на использовании силы ветрового потока, воздействующего на лопасти и через них приводящего во вращение вал, связанный с генераторной установкой, вырабатывающей электрический ток.
Недостатком ветроэнергетической установки является недостаточное усилие, развиваемое крутящим моментом на вертикальном валу горизонтального ветряного ротора, например, на территориях 2 и 3 ветровых зон, где среднегодовые рабочие скорости ветра от 8 м/сек и более.
Известна ветряная установка, содержащая опору, ветряной ротор, насаженный на центральный вертикальный вал, вращающийся в горизонтальной плоскости. На концах рабочих лопастей горизонтального тихоходного ротора имеются зажимы с защелками, которые используются для монтажа в них грузов в виде стальных прутков различной массы. Грузы устанавливаются при нижней скорости ветра 3,5 м/сек и убираются при достижении экономической границы скорости ветра 6 м/сек и выше. Грузы используются для увеличения усилия крутящего момента на вертикальном валу, связанного с электрогенератором или другим приводным устройством (Полезная модель RU № 49919, F03D 3/06, 11.01.2005 г.).
Недостатком данного технического решения является опасный ручной способ навески дополнительных грузов на оконечности рабочих лопастей горизонтального тихоходного ветряного ротора во время разгона и набора рабочих оборотов ветряного ротора. Это не в полной мере отвечает технике безопасности, требует постоянной привязки обслуживающего персонала, смотрящего и контролирующего работу ветряной установки. Такая техническая операция является достаточно трудоемкой с большими затратами времени и требует наличия подвижных подъемно-транспортных средств, что удорожает стоимость вырабатываемой электроэнергии.
Анализ вышеупомянутых технических решений по патентам СССР № 7325, SU № 2200873, полезной модели RU №4 9919 свидетельствует о том, что все они работают по способу, который включает предварительное раскручивание вала привода с лопастями посредством внешнего принудительного усилия, прилагаемого непосредственно к лопастям или к валу с последующим непосредственным использованием кинетической энергии ветра.
Наиболее близким техническим решением, совпадающим по наибольшему количеству признаков, в том числе с использованием жидкости в качестве инструмента бесступенчатого регулирования массы лопастей является патентный документ Китайской народной республики на ветродвигатель CN 102953941 А, публикация 06.03.2013 г.
Упомянутый ветродвигатель включает вертикальный вал, закрепленный на нем бак с жидкостью, контроллерное электронное устройство. Вал выполнен в виде неподвижной оси и охватывающий его трубчатый вал с возможностью вращения, на котором смонтирована прямоугольная рамка, периметром контактирующая с элементами электронного блока управления вращением лопастей, дающих команду насосу на заполнение или сброс жидкости из трубок, находящихся в лопастях, изменяя тем самым массу лопастей и крутящий момент на вертикальном валу, связанного с электрогенератором.
Сложность конструкции выражается в том, что опора для вращающихся лопастей состоит из неподвижного вала и охватывающего вращающегося трубчатого вала, а также электронного контроллера, рассчитывающего объем закачиваемой в трубопроводы лопастей жидкости для изменения массы лопастей.
Поставленная задача решается тем, что ветродвигатель, который содержит вертикальный вал, смонтированные на нем лопасти, вращающиеся в горизонтальной плоскости, снабжен смонтированными на вертикальном валу нижним и верхним баками для жидкости, связанных трубопроводом, блоком управления подачи жидкости из нижнего бака в верхний, С-образными трубчатыми окантователями, охватывающих по периметру лопасти и своими концами, связанных с верхним и нижним баками, а также смонтированными на окантователях клапанами.
Ветряная установка поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан вид сверху на установку; на фиг. 2 - показана одна из лопастей - схематично монтажный вариант.
Ветряная установка содержит вертикальный вал 1, смонтированный в подшипниковых опорах 2 с возможностью вращения. На валу 1 жестко закреплены верхний бак 3 и нижний бак 4. Баки 3 и 4 соединены трубопроводом 5. Нижний бак 4 заполнен незамерзающей инертной рабочей жидкостью и связан дистанционно с микромоторчиком насоса (на чертеже не показан), управляемый блоком управления 6. На валу 1 смонтированы дугообразные лопасти 7, охватываемые по периметру П-образными трубчатыми окантователями 8, с горизонтальными 9 и 10 и вертикальными 11 элементами, при этом концы горизонтальных 9 и 10 элементов связаны с верхним 3 и нижним 4 баками и в целом создают ветровое колесо 12. В элементе 11 смонтирован переливной клапан 13.
Ветряная установка работает следующим образом. Ветер, дующий с любого направления, создает ветровой поток, который воздействует на лопасти 7 создает вращающий момент и осевое усилие - парусную силу ветроколеса 9. Лопасть 7, вышедшая из-под воздействия ветра, подставляет под его воздействие следующую лопасть и так бесконечно. После набора угловой скорости ветрового колеса 12 дистанционно включается микромоторчик насоса и перекачивает жидкость из нижнего бака 4 по трубопроводу 5 в верхний бак 3, а из него она самотеком перетекает через окантователи 8 лопастей 7, в вертикальный элемент 11, развивая вращающийся (крутящий) момент.
Этим достигается так называемый эффект управляемой инерты - значительно увеличивается разгонный, по кругу, эффект увеличения крутящего момента ветряного колеса.