Ветродвигатель Втулкина

(76) Втулкин Александр Павлович 56) А.с. СССР 1703852, кл.031/02, 1992(57) Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано в ветродвигателях. Техническим результатом изобретения является повышение КПД ветродвигателя, которое достигается за счет выполнения лопасти в виде аэродинамического профиля, шарнирно установленной через ее центр тяжести на концах двух крестообразных стержнях каркаса, которые установлены перпендикулярно оси вала ветродвигателя, каркасы соединены стержнями, параллельными оси вала, образуя при этом единый крестообразный стержневой каркас и упор лопасти в рабочем положении, а также тем, что ветродвигатель снабжен механизмом регу лирования угловой скорости вращения вала, состоящей из пружины и замка, который взаимодействует с лопастью при определенных угловых скоростях вращения вала. Перекладка лопастей из флюгерного положения в рабочее и наоборот осуществляется под действием энергии ветра за счет отклонения углов задней кромки аэродинамического профиля в разные стороны на угол , причем при любом изменении направления перпендикулярной оси вала набегающего потока воздуха вал ветродвигателя будет вращаться в одну и ту же сторону. Предлагаемый ветродвигатель по своему техническому решению имеет простой механизм перекладки лопастей из флюгерного положения в рабочее и наоборот, а также простой механизм регулирования угловой скорости вращения вала ветродвигателя, что может служить основанием для практического применения в области ветроэнергетики. 12636 Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано для обеспечения энергией различных автономных потребителей. Известен ветродвигатель (а. с. СССР 1703852, 031/02, 1992), содержащий вал и установленный на нем перпендикулярно оси крестообразный стержневой каркас, на концах которого шарнирно установлены лопасти, выполненные в виде двух раскладных частей, каждая часть лопасти имеет выпуклый профиль, причем максимальная высота профиля составляет 1/4-1/6 его длины и расположена от его передней кромки на расстоянии 1,2-1,5 максимальной высоты. Однако это устройство не позволяет получить максимальный КПД энергии ветра, так как во флюгерном положении каждая сложенная лопасть создает повышенное сопротивление потоку воздуха за счет большой выпуклости (толщины) образованного профиля, которая составляет 1/4-1/6 его длины, а также отсутствует механизм регулирования угловой скоростью вращения вала ветродвигателя. Техническим результатом изобретения является повышение КПД ветродвигателя, за счет уменьшения сопротивления потоку воздуха и возможности регулирования скорости вращения вала ветродвигателя, достигается тем, что в известном ветродвигателе, содержащем вал и установленный на нем перпендикулярно оси крестообразный стержневой каркас, на концах которого шарнирно установлены лопасти, при этом каждая лопасть выполнена в виде аэродинамического профиля и шарнирно установлена через ее центр тяжести на концах двух крестообразных стержнях каркаса, которые жестко соединены между собой стержнями, параллельными оси вала, образуя единый крестообразный стержневой каркас и упор лопасти в рабочем положении,перпендикулярно упору на крестообразном стержневом каркасе установлены ограничители вращения каждой лопасти, два угла задней кромки аэродинамического профиля в каждой лопасти отклонены на уголв разные стороны, причем дальний от оси вала угол отклонен в сторону упора, а также тем, что он снабжен дополнительно пружиной и замком в виде втулки,которые установлены на стержнях каркаса, при этом один конец пружины, ближний к оси вала, крепится к каркасу, а другой к замку, который может перемещаться вдоль стержня каркаса по имеющемуся пазу по направляющей, установленной на стержне каркаса, причем конец замка, противоположный от крепления пружины, имеет выступ, а лопасть со стороны примыкания замка имеет паз. Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемый в качестве изобретения ветродвигатель отличается тем, что каждая лопасть выполнена в виде аэродинамического профиля и шарнирно установлена на концах крестообразного стержневого каркаса через ее центр тяжести, а также тем, что он снабжен дополнительно пружиной и замком в виде втулки, которые установлены на стержнях каркаса, при этом один конец пружины, ближний к оси вала, крепится к каркасу, а другой к замку, который может перемещаться вдоль 2 стержня каркаса по имеющемуся пазу по направляющей, установленной на стержне каркаса, причем конец замка, противоположный от крепления пружины, имеетвыступ, а лопасть со стороны примыкания замка имеет паз. Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию новизна, а отличительные признаки с прототипом позволяют признать их соответствующими критерию существенные отличия. Сущность изобретения поясняется графическим материалом, где на фиг. 1 изображен ветродвигатель, общий вид, на фиг. 2 - вид А, часть ветродвигателя с одной лопастью во флюгерном положении,вид со стороны направления ветра. Ветродвигатель содержит вал 1 и установленный на нем перпендикулярно оси вала 1 крестообразный стержневой каркас 2, на концах которого шарнирно установлены лопасти 3 аэродинамического профиля через их центр тяжести, упоры 4, ограничители вращения 5, пружины 6, замки 7 и направляющие замков 8. Представленный ветродвигатель работает следующим образом. Когда набегающий поток воздуха начинает воздействовать на ветродвигатель, лопасти 3 в рабочем положении, имеющие упор 4 на крестообразном стержневом каркасе 2, движутся по направлению ветра, вызывая вращение вала 1 с угловой скоростью . При работе, когда лопасти 3 займут положение, близкое к горизонтальному, под действием потока воздуха за счет отклонения в лопастях углов задней кромки аэродинамического профиля на уголв разные стороны создается вращающий момент относительно их шарнирного крепления на концах крестообразного стержневого каркаса 2, результатом которого произойдет перекладка лопастей 3 из рабочего положения во флюгерное и наоборот. При этом ограничение вращения лопасти 3 вокруг своего шарнирного крепления на концах крестообразного стержневого каркаса 2 при перекладке ее из рабочего положения во флюгерное осуществляется за счет ограничителя вращения 5, а из флюгерного положения - в рабочее за счет упора 4. При вращении вала 1 ветродвигателя с определенной угловой скоростьювдоль стержня крестообразного каркаса 2, на котором установлены пружина 6, замок 7, а на конце - шарнирно лопасть 3,возникает соответствующая ей центробежная сила,действие которой вызывает перемещение замка 7 вдоль стержня по направлению от вала 1 ветродвигателя к лопасти 3. При этом направляющая 8 замка,установленная на стержне крестообразного каркаса 2 и находящаяся в пазу замка 7, ориентирует его перемещение (движение) строго вдоль стержня и блокирует при этом вращение замка 7 вокруг этого стержня при возможном его зацеплении с лопастью 3 (фиг. 2). При возникновении угловой скоростивращения вала 1 ветродвигателя выше заведомо допустимого значения происходит примыкание замка 7 к лопасти 3, при развороте которой из рабочего положения во флюгерное произойдет зацепление 12636 выступа замка 7 с пазом лопасти 3. В результате чего при сохранении валом 1 ветродвигателя этой угловой скоростивращения или ее увеличение исключается (блокируется) разворот лопасти 3 из флюгерного положения в рабочее. И только тогда,когда угловая скоростьвращения вала 1 ветродвигателя снизится ниже заведомо допустимого значения, при которой произошло зацепление замка 7 с лопастью 3, произойдет расцепление замка 7 с лопастью 3 за счет упругости пружины 6, один конец которой закреплен к каркасу, а другой - к замку. После чего лопасть 3 может выполнять разворот(перекладку) из флюгерного положения в рабочее и наоборот. Отсюда, учитывая упругость пружины 6,вес замка 7 и расстояние от выступа замка 7 до лопасти 3, можно регулировать взаимодействие замка 7 с лопастью 3 при соответствующих угловых скоростяхвращения вала 1. Таким образом, устанавливая замки 7 на крестообразном стержневом каркасе 2, состоящего из двух крестообразных стержней каркаса по определенной схеме, например, как это показано на фиг. 1, где два замка 7 установлены на одном стержне одного каркаса крестообразных стержней и два, смещенные на 90, на одном стержне другого каркаса крестообразных стержней, либо по схеме, когда четыре замка 7 установлены на стержнях одного каркаса крестообразных стержней, или по схеме, когда они установлены на всех стержнях крестообразного каркаса 2, и при этом, задавая каждому замку 7 режим зацепления с лопастью 3, соответствующий определенной угловой скорости , можно тем самым в большом диапазоне ограничений скорости ветра регулировать угловую скорость вращения вала 1 ветродвигателя. Причем при любом изменении направления перпендикулярно оси вала 1 набегающего потока воздуха вал 1 ветродвигателя будет вращаться в одну и ту же сторону. Перекладка лопастей 3 аэродинамического профиля из флюгерного положения в рабочее и наоборот осуществляется за счет энергии ветра, при этом лопасти 3 во флюгерном положении создают незначительное сопротивление вращению вала 1. Предлагаемый ветродвигатель по своему техническому решению имеет простой механизм перекладки лопастей из флюгерного положения в рабо чее и наоборот, а также простой механизм регулирования угловой скорости вращения вала ветродвигателя, что может служить основанием для практического его применения в области ветроэнергетики. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Ветродвигатель, содержащий вал и установленный на нем перпендикулярно оси крестообразный стержневой каркас, на концах которого шарнирно установлены лопасти, отличающийся тем, что каждая лопасть выполнена в виде аэродинамического профиля и шарнирно установлена по прямой, проходящей через ее центр тяжести, на концах двух крестообразных стержнях каркаса, которые жестко соединены между собой стержнями, параллельными оси вала, образуя единый крестообразный стержневой каркас, и являющимися стержнями-упорами для лопастей в рабочем положении, перпендикулярно стержням-упорам на крестообразном стержневом каркасе установлены ограничители вращения каждой лопасти, два угла задней кромки аэродинамического профиля в каждой лопасти отклонены на угол а в разные стороны, причем дальний от оси вала угол отклонен в сторону соответствующего стержня-упора, при этомср/,где- среднее значение толщины аэродинамического профиля лопасти вдоль е шарнирного крепления, - расстояние от шарнирного крепления лопасти до е задней кромки. 2. Ветродвигатель по п. 1, отличающийся тем, что он снабжен дополнительно пружиной и замком в виде втулки, которые установлены на стержнях каркаса, при этом один конец пружины, ближний к оси вала, крепится к каркасу, а другой к замку, который может перемещаться вдоль стержня каркаса по имеющемуся пазу по направляющей, установленной на стержне каркаса, причем конец замка, противоположный от крепления пружины, имеет выступ, а лопасть со стороны примыкания замка имеет паз.