Ветроустановка для подъема воды с защитой от ураганных ветров

(51) 03 1/00 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ Ветроколесо установлено с наветренной стороны на валу устройства, преобразующего вращательное движение ветроколеса в возвратно-поступальное движение толкателя, а с подветренной стороны вала установлен кривошип, соединенный через шатун с коромыслом, на другом конце которого (коромысла) закреплен шарнирно толкатель, соединенный через шток с поршневым насосом. Преобразующее устройство установлено в общую станину, которая посредством кронштейна закреплена на поворотной головке с возможностью поворота вокруг горизонтальной оси. Ветряная лопата жестко закреплена на станине преобразующего устройства параллельно плоскости вращения ветроколеса и перпендикулярно направлению воздушного потока с возможностью отклонения вместе со станиной и ветроколесом из фронтальной плоскости в горизонтальную плоскость и, наоборот.(72) Сеитбеков Лесбек Сеитбекович Абдикаиров Абдигали Сарбасов Дастан Джурмаханбетович Утешев Валерий Леонидович Нурпеисова Гулнара Байболовна Нурлыбаев Куат Копжасарович(73) Товарищество с ограниченной ответственностью Казахский научно-исследовательский институт механизации и электрификсации сельского хозяйства(56) Предварительный патент РК 18480, кл. 031/00, 03 7/02, 2005(54) ВЕТРОУСТАНОВКА ДЛЯ ПОДЪЕМА ВОДЫ С ЗАЩИТОЙ ОТ УРАГАННЫХ ВЕТРОВ(57) Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано в ветроводоподъемных установках. 21342 Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано в ветроводоподъемных установках. Известна ветронасосная установка (А.с. СССР 1178932, кл.03 9/00, от 15.09.85), содержащая ветродвигатель с рабочим колесом, соединенный со штангой кривошипно-шатунной передачей,глубинный насос, размещенный в водоисточнике,который через водоподъемный трубопровод связан с промежуточной емкостью, и дополнительный поршневой насос, размещенный в промежуточной емкости. Кривошипно-шатунная передача снабжена закрепленной на ней одним концом гибкой тягой с блоком, другой конец которой связан со штоком поршневого насоса, а блок установлен на ветродвигателе выше места, закрепления тяги на кривошипно-шатунной передаче. Штанга соединена с глубинным насосом, размещенным в водоисточнике, а емкость установлена выше уровня воды в водоисточнике. Недостатком установки является отсутствие защиты от ураганных ветров и двухступенчатость подъема воды, что осложняет работу установки при низких скоростях ветра из-за потребности большей энергии для привода двух поршневых насосов и усложняет ее конструкцию. В итоге снижается надежность работы и повышается металлоемкость установки. Известен ветродвигатель (предпатент Республики Казахстан 8331, кл. 03 1/00, от 15.12.99) состоящий из- образной поворотной головки, на которой расположены ветроколесо, вал отбора мощности и стабилизатор. В нижней части стойки поворотной головки имеется цилиндр, в котором расположен шток, соединенный шарнирно с шатуном и тягой. Вал отбора мощности может быть соединен с кривошипом или съемной муфтой с потребителем мощности. Головка опирается на башню диском. Тяга соединена с рычагом,шарнирно соединенным с опорой. Недостатком ветродвигателя является отсутствие защиты от ураганных ветров, что снижает надежность его работы при больших скоростях ветра. Известна ветроустановка (патент Российской Федерации 2280191, кл.03 7/06, от 20.07.2006), содержащая флюгер, установленный на обсадную трубу. На флюгере над обсадной трубой закреплен блок, а на поворотном, относительно горизонтальной оси основании крепится в вертикальном шарнире на мачте средство,воспринимающее поток ветра. На мачте выше вертикального шарнира жестко закреплен поворотный рычаг, а на нижнем конце установлен подпружиненный поворотный шкив. На флюгере установлены ограничители горизонтального хода поворотного основания. А со стороны поворотного рычага мачты ограничители его поворота,расположенные между передним и задним ограничителями горизонтального хода. Поворотное основание тягами через шарниры соединено со штоком поршневого насоса. 2 Недостатком ветроустановки является ненадежность и неэффективность ее работы, заключающаяся в том, что значительная часть ветровой энергии тратится на неполезную работу, т.е. на преодоление сопротивления пружины, а при низких же скоростях ветра установка не работает т.к. энергии ветра будет недостаточна даже для преодоления сопротивления пружины. Наиболее близкой по конструкции к предлагаемой ветроустановке для подъема воды является ветроагрегат с защитой от ураганных ветров(предпатент Республики Казахстан 18480, кл. 03 1/00,03 7/02, от 14.09.2005) состоящий из мачты, головки, модулей, фермы с хвостом, буревой защиты, щита управления с преобразователем напряжения, блока аккумуляторов и комплекта соединительных проводов. Модули состоят из ветроколес, поперечных консольных балок, ступиц,ферм, генераторов, приводов от ветроколес к генераторам и буревой защиты. Буревая защита состоит из ветряной лопаты и уравновешивающего механизма, состоящего из блока, троса, груза и демпфера. Основное достоинство его - высокая надежность буревой защиты. Недостатком же является то, что при такой буревой защите, когда ветроколесо не уводится в сторону, а отклоняется из фронтальной плоскости в горизонтальную плоскость, т.е. опрокидывается,неприемлемо использование известных конструкций устройств для преобразования вращательного движения ветроколеса в возвратно-поступательное движение штока поршневого насоса. А для подъема же воды ветроагрегат необходимо дополнительно комплектовать центробежным насосом, получающим питание от генератора или аккумуляторных батарей через инвертор(преобразователь напряжения) это усложняет конструкцию и снижает надежность работы ветроагрегата. Тогда как на пастбищах и скотопрогонах требуются простые в уходе и надежные в работе ветроводоподъемные установки. Задача изобретения - создание ветроустановки для подъема воды с защитой от ураганных ветров при котором ветроколесо будет отклоняться из фронтальной плоскости в горизонтальную плоскость (опрокидываться). Технический результат, получаемый изобретением, заключается в повышении диапазона рабочих скоростей ветроустановки, снижении динамических нагрузок на конструкцию,в повышении устойчивости против опрокидывания, надежности и эффективности работы ветроустановки при ураганных ветрах, а также срока ее службы. Задача изобретения решается следующим образом ветроустановка снабжается поршневым насосом, устройством, преобразующим вращательное движение ветроколеса в возвратнопоступальное движение толкателя приводящего в движение шток поршневого насоса, состоящего из кривошипно-шатунного и коромыслового механизмов, установленных в общий корпус (станину),буревой защитой ветряная лопата которой закрепляется к станине преобразующего устройства. 21342 Технически это осуществлено следующим образом. Ветроустановка содержит ветроколесо,установленное с наветренной стороны на валу устройства, преобразующего вращательное движение ветроколеса в возвратно-поступальное движение толкателя. С подветренной стороны вала установлен кривошип, соединенный через шатун с коромыслом,на другом конце которого (коромысла) закреплен шарнирно толкатель. Толкатель через шток соединен с поршневым насосом. Преобразующее устройство установлено в общую станину, которая посредством кронштейна закреплена на поворотной головке с возможностью поворота вокруг горизонтальной оси. С подветренной стороны мачты, к головке, перпендикулярно плоскости вращения ветроколеса, закреплена ферма с хвостом. Ветряная лопата жестко закреплена на станине преобразующего устройства параллельно плоскости вращения ветроколеса и перпендикулярно направлению воздушного потока с возможностью отклонения вместе со станиной с ветроколесом из фронтальной плоскости в горизонтальную плоскость и, наоборот. Верхний уровень ветряной лопаты расположен выше уровня ветроколеса. На фиг. 1 - изображена ветроустановка для подъема воды с защитой от ураганных ветров с ветроколесом, находящимся в вертикальном (не отклоненном) положении (вид сбоку) на фиг. 2 - то же с ветроколесом, находящимся в отклоненным положении на фиг. 3 - кинематическая схема устройства,преобразующего вращательное движение ветроколеса в возвратно-поступальное движение толкателя (преобразующее устройство). Ветроустановка для подъема воды с защитой от ураганных ветров (фиг. 1 - фиг. 3) состоит из мачты 1, поворотной головки 2, ветроколеса 3, фермы с хвостом 4, буревой защиты и поршневого насоса 5,устанавливаемого в водоисточнике 6. Буревая защита состоит из ветряной лопаты 7 и уравновешивающего механизма, состоящего из блока 8,троса 9, груза 10 и демпфера 11. Поворотная головка 2 установлена в верхней части мачты 1 на вертикальную ось с возможностью вращения вокруг нее. Сверху к поворотной головке жестко прикреплен кронштейн 12. К кронштейну с возможностью поворота вокруг горизонтальной оси установлена станина 13 преобразующего устройства. В станине установлены вал 14, на одном конце которого с наветренной стороны установлено ветроколесо 3, а в противоположном конце - кривошип 15 коромысло 16, один конец которого соединен с кривошипом посредством шатуна 17, а на другой конец шарнирно закреплен толкатель 18, соединенный через шток (на чертеже не показано) с поршневым насосом 5. К поворотной головке 2 перпендикулярно к плоскости вращения ветроколеса в рабочем положении крепится ферма с хвостом 4 для установки ветроколеса на ветер. Ветряная лопата 7 установлена жестко на станине 13 параллельно плоскости вращения ветроколеса и перпендикулярно направлению воздушного потока и, выполнена с возможностью отклонения вместе со станиной с ветроколесом из фронтальной плоскости в горизонтальную плоскость и, наоборот. К ветряной лопате 7 закреплен конец троса 9 уравновешивающего механизма. К другому концу троса 9, перекинутому через блок 8, который закреплен на ферме с хвостом 4, подвешен груз 10. Демпфер 11 установлен на кронштейне 12 с наветренной его стороны. При наличии ветра воздушный поток одновременно воздействует на ветроколесо 3 и ветряную лопату 7. Вращаясь, ветроколесо 3, через вал 14, кривошип 15, шатун 17 приводит в колебательное движение коромысло 16. В свою очередь, коромысло, через толкатель 18 приводит в возвратно-поступательное движение шток поршневого насоса 5, который производит подъем воды из колодца (скважины) 6 по водоподъемному трубопроводу 19 в емкость 20. В диапазоне рабочих скоростей ветра, давление, создаваемое на ветряную лопату 7,уравновешивается моментом,создаваемым силой тяжести ветроколеса 3. При скорости ветра, превышающей рабочую скорость,давление, создаваемое на ветряную лопату 7,увеличивается, и оно преодолевает момент сопротивления, создаваемое ветроколесом 3. Ветроколесо 3 начинает отклоняться из фронтальной плоскости в горизонтальную плоскость. При этом вместе с ветроколесом отклоняется и станина 13 преобразующего устройства. Но так как места крепления вала 14 и коромысла 16 к станине 13 строго фиксированные и при отклонении станины их взаиморасположение в пространстве не изменяется, то преобразующее устройство будет работать как, и в первоначальном положении ветроколеса. Следовательно, даже и в отклоненном на достаточно большой угол ветроколесе ветроустановка будет производить подъем воды из колодца (скважины) что невозможно в известных ветроводоподъемных установках. Наряду с этим, при отклоненном положении ветроколеса уменьшаются динамические нагрузки воздушного потока на ветроустановку, а ее устойчивость против опрокидывания увеличивается. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Ветроустановка с защитой от ураганных ветров, состоящая из мачты, ветроколеса,выполненной с возможностью вращения вокруг своей, ветряной лопаты отличающаяся тем, что ветроколесо установлено с наветренной стороны на валу устройства, преобразующего вращательное движение ветроколеса в возвратно-поступальное движение толкателя, а с подветренной стороны вала установлен кривошип, соединенный через шатун с коромыслом, на другом конце которого (коромысла) закреплен шарнирно толкатель, соединенный через шток с поршневым насосом. 2. Ветроустановка по п. 1 отличающаяся тем,что преобразующее устройство установлено в общую станину, которая посредством кронштейна закреплена на поворотной головке с возможностью поворота вокруг горизонтальной оси. 3. Ветроустановка по п. 1 отличающееся тем,3 21342 что ветряная лопата жестко закреплена па станине преобразующего устройства параллельно плоскости вращения ветроколеса и перпендикулярно направлению воздушного потока с возможностью отклонения вместе со станиной и ветроколесом из фронтальной плоскости в горизонтальную плоскость и, наоборот. 4. Ветроагрегат по п. 1 отличающееся тем, что по верхний уровень ветряной лопаты расположен выше уровня ветроколеса.