Ветряной двигатель

(51) 03 3/00 (2010.01) 03 7/00 (2010.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ 2008/1014.1 10.09.2008 15.12.2010, бюл.12 Казыбек Жумабай Жарасулы 621731, 27.03.20072164623 С 1, 27.03.20011815412 А 1, 15.05.199319063 А, 15.01.20082106525 С 1, 10.03.19982420597 А 1, 31.05.2006(57) Изобретение относится к ветротехнике, а,именно к ветряным двигателям с вращением вокруг вертикальной оси, и может быть использовано для получения механической и электрической энергии. Техническим результатом изобретения является упрощение конструкции, повышение надежности и мощности двигателя. Это достигается тем, что в предлагаемом ветряном двигателе, содержащем вертикальный вал,соединенный с генератором, обтекателями в виде крыла,установленными с возможностью регулирования угла атаки под воздействием ветра,каждый обтекатель образован из поворотной вокруг оси лопасти, установленной на оси, закрепленной на вертикальном валу,устройство управления поворотными лопастями,штанги,согласно изобретению,оно дополнительно снабжено предохранительным устройством,а каждый обтекатель дополнительно снабжен поворотной лопастью, крылья установлены с возможностью автоматического регулирования угла атаки под воздействием ветра, каждое крыло образовано из двух поворотных вокруг горизонтальной оси верхней и нижней лопастей, каждая из которых установлена одним концом посредством кронштейнов на оси, закрепленной с возможностью вращения на пластине, закрепленной на штанге,вставленной соответственно в гнездо верхней и нижней муфты, а другим концом жестко установлена посредством кронштейнов на второй пластине, закрепленной на штанге, а устройство управления поворотными лопастями образовано из крыла и клиньев, жестко закрепленных на концах лопастей с возможностью управления поворотом нижней лопасти посредством верхней лопасти,предохранительное устройство образовано из угольников, установленных в них стопора, осей стопора и чеки, и с возможностью упора в них лопастей, причем стопор установлен возможностью свободного поворота вокруг осей стопора,установленных на одном угольнике посредством оси стопора на одном конце, а другим концом стопор закреплен на втором угольнике посредством чеки. При этом верхняя лопасть крыла имеет высоту в 1,5 раза большую, чем высота нижней лопасти, верхняя лопасть установлена с возможностью регулирования поворотом нижней лопасти посредством клиньев,жестко установленных на концах осей лопастей,угольники закреплены по центральной продольной оси в отверстиях пластины, посредством болтов с гайками, стопор в средней части имеет окно для регулирования сопротивления скорости ветра, в верхней части стопора выполнены два зуба для фиксации в пространстве между лопастями после срабатывания предохранительного устройства. 23626 Изобретение относится к ветротехнике, а, именно к ветряным двигателям с вращением вокруг вертикальной оси, и может быть использовано для получения механической и электрической энергии. Известен ветряной двигатель, содержащий вал ветроколеса с тормозным устройством и установленные на валу пустотелые лопасти, каждая из которых связана с тормозным устройством при помощи стальной нити, размещенной в полости лопасти и закрепленной на ее наружном конце,каждая лопасть дополнительно имеет набор стальных нитей, различной длины, связанных с ее наружным концом, валом и тормозным устройством и размещенных в ее плоскости.(1514970, кл. 03 7/00, 1989). К недостаткам известного ветряного двигателя относятся сложность и ненадежность конструкции,недостаточная мощность двигателя, в связи с ненадежностью конструкции тормозного устройства,которое предусматривает его срабатывание при отрыве части пустотелой лопасти, а не при превышении скорости ветра выше расчетной. При таком пределе срабатывания тормозного устройства может произойти поломка энергетической установки,так как тормозное устройство предназначено для защиты от поломок ветряного двигателя и связанной с ним энергетической установки, кроме того такая конструкция не обеспечивает достаточной мощности двигателя. Известна также ветроэнергетическая установка(ветряной двигатель), содержащая основание с установленными на ней вертикальным валом, соединенным с генератором, поворотными лопастями на осях, размещенных на консолях, закрепленных на вертикальном валу, устройство управления поворотными лопастями, состоящее из флюгера с кулачками, закрепленными на вертикальном валу,штанг, при этом один конец штанг контактирует с дорожкой кулачка, другой конец соединен с поворотной лопастью. При этом флюгер снабжен регулируемым инцептором, поворотные лопасти установлены на осях со смещением в сторону передних кромок, штанги выполнены упругими,консоли закрыты обтекателями в виде крыла,которые установлены с возможностью регулирования угла атаки, вертикальный вал установлен на основании между опорами качения, поворотные лопасти, образующие обтекатели в виде крыла соединены с монтажными тросами, закрепленными на верхних консолях(Пат. на полезную, модель 63 173, кл. 03 3/00, 2006). К недостаткам известного ветряного двигателя относятся сложность и ненадежность конструкции ,недостаточная мощность двигателя, в связи с тем ,что он содержит много конструктивных элементов,управление лопастями возложено полностью на усилие ветра, не предусмотрен вариант изменения направления ветра после остановки и возобновления ветра. После остановки двигатель не сможет восстановить работу, так, как при остановке двигателя флюгер будет ориентирован на прежнее направление ветра, кроме того лопасти образующие 2 четыре крыла не обеспечивают достаточной мощности двигателя,и отсутствует предохранительное устройство, обеспечивающее безопасность работы при превышении скорости ветра выше расчетной. Задачей изобретения является создание ветряного двигателя , позволяющего упростить конструкцию,повысить надежность и мощность двигателя. Техническим результатом изобретения является упрощение конструкции, повышение надежности и мощности двигателя. Это достигается тем, что в предлагаемом ветряном двигателе, содержащем вертикальный вал,соединенный с генератором, обтекателями в виде крыла,установленными с возможностью регулирования угла атаки под воздействием ветра,каждый обтекатель образован из поворотной вокруг оси лопасти, установленной на оси, закрепленной на вертикальном валу,устройство управления поворотными лопастями,штанги,согласно изобретению,оно дополнительно снабжено предохранительным устройством,а каждый обтекатель дополнительно снабжен поворотной лопастью, крылья установлены с возможностью автоматического регулирования угла атаки под воздействием ветра, каждое крыло образовано из двух поворотных вокруг горизонтальной оси верхней и нижней лопастей, каждая из которых установлена одним концом посредством кронштейнов на оси,закрепленной с возможностью вращения на пластине,закрепленной на штанге, вставленной соответственно в гнездо верхней и нижней муфты, а другим концом жестко установлена посредством кронштейнов на второй пластине, закрепленной на штанге, а устройство управления поворотными лопастями образовано из крыла и клиньев, жестко закрепленных на концах лопастей с возможностью управления поворотом нижней лопасти посредством верхней лопасти, предохранительное устройство образовано из угольников, установленных в них стопора, осей стопора и чеки, и с возможностью упора в них лопастей, причем стопор установлен с возможностью свободного поворота вокруг осей стопора, установленных на одном угольнике посредством оси стопора на одном конце, а другим концом стопор закреплен на втором угольнике посредством чеки. При этом верхняя лопасть крыла имеет высоту в 1,5 раза большую, чем высота нижней лопасти, верхняя лопасть установлена с возможностью регулирования поворотом нижней лопасти посредством клиньев,жестко установленных на концах осей лопастей,угольники закреплены по центральной продольной оси в отверстиях пластины, посредством болтов с гайками, стопор в средней части имеет окно для регулирования сопротивления скорости ветра, в верхней части стопора выполнены два зуба для фиксации в пространстве между лопастями после срабатывания предохранительного устройства. Технический результат обеспечивается выполнением крыла и предохранительного устройства. Предлагаемый ветряной двигатель представлен на чертежах. 23626 На фиг. 1 - представлен общий вид ветряного двигателя вид спереди На фиг. 2 - то же на фиг. 1, вид сзади На фиг. 3 - установка угольников на пластину На фиг. 4 - установка второй пластины и ее закрепление на штангах вид спереди На фиг. 5 - то же на фиг. 4, вид сзади На фиг. 6 - установка лопастей на пластину, вид спереди На фиг. 7 - то же на фиг.6, вид сзади На фиг. 8 - совмещение верхней и нижней лопастей, вид спереди На фиг. 9 - то же на фиг. 8, вид сзади На фиг. 10 - установка кронштейнов на ось лопастей, вид сверху На фиг. 11 - то же на фиг. 10, вид сбоку На фиг. 12- то же на фиг. 10, вид с торца На фиг. 13 - сборка нижней лопасти, вид сбоку На фиг. 14 - сборка верхней лопасти, вид сбоку На фиг. 15- то же на фиг. 13, 14, вид сбоку На фиг. 16 - установка пластины на муфту и закрепление ее штангами вид спереди На фиг. 17 - установки на пластину верхней и нижней штанги На фиг. 18 - вертикальный вал с установленными муфтами На фиг. 19 - то же на фиг. 18, вид сверху На фиг. 20 - стопор На фиг. 21 - угольник, общий вид На фиг. 22 - то же на фиг. 20, вид сбоку На фиг. 23 - клин, общий вид На фиг.24 - то же на фиг.23, вид сбоку На фиг. 25 - нижняя лопасть На фиг. 26 - верхняя лопасть На фиг. 27 - ось, общий видНа фиг. 28 - то же на фиг.27, вид с торца На фиг. 29 - штанга, общий вид На фиг. 30 - то же на фиг.29, вид с торца На фиг. 31 - кронштейн, общий вид На фиг. 32 - то же на фиг.31, вид сбоку На фиг. 33 - то же на фиг.31, вид с торца На фиг. 34 - то же на фиг.31, вид сверху На фиг. 35 - пластина, вид сбоку На фиг. 36 - то же на фиг. 35, вид с ребра На фиг. 37 - условное обозначение направления ветра и направления вращения ветряного двигателя против часовой стрелки На фиг. 38- положение лопастей после поворота двигателя на угол 270, вид сбоку На фиг. 39 - положение клиньев после поворота двигателя на угол 270, вид сбоку На фиг. 40 - положение лопастей и стопора после срабатывания предохранительного устройства. Предлагаемый ветряной двигатель содержит вертикальный вал 1, соединенный с генератором (не показан), обтекателями в виде крыльев 2 (четыре крыла),установленными с возможностью регулирования угла атаки под воздействием ветра,образованных из поворотных вокруг оси лопастей 3,4 установленных на осях 9, закрепленных на вертикальном валу 1, устройство управления поворотными лопастями 5, штанги 13,14 ( восемь штанг, предохранительное устройство 7. Крылья 2 (четыре крыла) установлены с возможностью автоматического регулирования угла атаки под воздействием ветра. Каждое крыло 2 образовано из двух поворотных вокруг горизонтальной оси верхней 3 с отверстиями 30 для крепления кронштейна 8(4 отверстия) и нижней 4 с отверстиями 29 для крепления кронштейна 8(4 отверстия) лопастей, каждая из которых одним концом установлена посредством кронштейнов 8 на оси 9, закрепленной с возможностью вращения на пластине 10 с отверстиями 11,12, посредством болтов 27 с гайками 28, закрепленной на штанге 13,14, вставленной соответственно в гнездо верхней 15 и нижней 16 муфты, а другим концом жестко установлена посредством кронштейнов 8 на второй пластине 6,посредством болтов 27 с гайками 28, закрепленной на штанге 13,14. посредством болтов с шайбой 39 Пластины 6, 10 снабжены отверстиями 37- для установления оси 9 и отверстиями 38 -для крепления угольника 18. Кронштейны 8 снабжены отверстиями 31 для установки лопастей 3,4 и отверстиями 32 для установления оси 9. Гнезда муфт 15,16 расположены крестообразно. Каждое гнездо муфты 15,16 по бокам снабжено отверстиями с резьбой для фиксации штанг с резьбой 13,14. Устройство 5 управления поворотными лопастями 3,4 образовано из крыла 2 и клиньев 17,жестко закрепленных на концах осей 9 лопастей 3,4 с возможностью управления поворотом нижней лопасти 4 посредством верхней лопасти 3. Предохранительное устройство 7 образовано из угольников 18, установленных в них стопора 19, осей стопора 20 и чеки 21 с возможностью упора в них лопастей 3,4. Стопор 19 установлен с возможностью свободного поворота вокруг осей стопора 20,установленных на одном угольнике 18 посредством оси стопора 20 на одном конце стопора 19, а другим концом стопор 19 закреплен на втором угольнике 18 посредством чеки 21. Лопасти 3,4 выполнены в форме прямоугольных пластин. Верхняя лопасть 3 крыла 2 имеет высоту в 1,5 раза большую, чем высота нижней лопасти 4, и установлена с возможностью регулирования поворотом нижней лопасти 4 посредством клиньев 17,жестко установленных на концах осей 9 лопастей 3,4. Угольники 18 имеют отверстие 21 для крепления к пластине 6,10 и отверстие 34 для установления оси стопора 20 и чеки 21. Угольники 18 закреплены по центральной продольной оси в отверстиях 22 пластины 10 посредством болтов 23 с гайками 24 (четыре пары). Стопор 19 снабжен отверстием 35 для установления чеки 21, отверстием 36 для установления оси 20 стопора 19 и в средней части имеет окно 25 для регулирования сопротивления скорости ветра. В верхней части стопора 19 выполнены два зуба 26 для фиксации в пространстве между лопастями 3,4 после срабатывания предохранительного устройства 7. 3 23626 Предлагаемый ветряной двигатель работает следующим образом. Под действием ветра крылья 2, перемещаются вокруг поворотного вала 1 и приводят в движение поворотный вал 1, который передает вращение к энергетической машине(например,электрогенератор,мельница,водяной насос,пилорама). Крылья 2 (работа двигателя показана на примере одного крыла) обращены к ветру фронтально(перпендикулярно к направлению ветра), поэтому сила ветра, воздействуя на крыло 2, вращает поворотный вал 1. Принцип работы двигателя показан на примере одного крыла 2. Все 4 крыла 2 двигателя работают одинаково и расположены крестообразно. Ветряной двигатель начинает работать при скорости ветра менее 1 м/сек. (фиг. 37). При направлении ветра например, северный ветер, двигатель имеет направление вращения против часовой стрелки, т.е. Север - Запад - Юг - Восток. Крыло 2 двигателя под воздействием силы ветра после вращения по направлению Север - ЗападЮг Восток повернется против ветра обратной стороной. При этом сила ветра воздействует с нерабочей,обратной стороны лопастей 3,4. После этого верхняя лопасть 3 вместе со своей осью 9 поворачивается наверх, а нижняя лопасть 4 вместе со своей осью 9 под тяжестью собственного веса и под воздействием силы ветра, из-за освобождения ее клина 17 клином 17 верхней лопасти 3 поворачивается в противоположную сторону, т.е вниз. При этом лопасти 3,4 при повороте вместе с осями 9 упрутся о штанги 13,14 кронштейном 8 или лопастями 3, 4 и образуют угол 90- 150 по отношению друг к другу,по отношению к направлению ветра угол а 4575 каждая,не оказывая ветру никакого сопротивления. Работа ветряного двигателя показана при повороте лопастей 3,4 вместе с осями 9 на угол 45 от горизонта, т.е. при минимальной величине поворота условно (фиг. 38). При повороте лопастей 3,4 со своими осями 9 клинья 17 поворачиваются на угол 45- 75 ( фиг.39). После поворота вала 1 на 360 лопасти 3, 4 на севере будут повернуты к направлению ветра параллельно и верхняя лопасть 3, выполняя функцию рычага,поворачивается обратно на угол , упирается на угольники 18 и принимает рабочее положение, в результате чего клин 17 верхней лопасти 3 поворачивается в исходное положение и поворачивает клин 17 нижней лопасти 4 в исходное положение. Клин 17 нижней лопасти 4 приводит нижнюю лопасть 4 в рабочее положение и она упирается на угольник 18, начинается второй оборот крыльев 2 вокруг вала 1. При превышении скорости ветра выше расчетной приводится в работу предохранительное устройство 7(фиг. 40), которое защищает ветряной двигатель и энергетическую машину от поломок. При повороте лопастей 3,4 на угол 270 от Севера(фиг. 3) против часовой стрелки, при усилении скорости ветра выше расчетной, лопасти 3,4 повернутся вместе со своими осями 9 по направлению ветра обратной стороной на установленный максимальный угол. В этот момент стопор 19, который будет направлен к направлению ветра фронтально сорвет чеку 21 , повернется вокруг своей оси, примет положение параллельное направлению ветра и войдет в пространство между лопастями 3, 4. В результате чего лопасти четырех крыльев 2 зависнут в таком положении и из-за тормозящего действия нагрузки(редуктор,электрогенератор и т.д.) произойдет остановка ветряного двигателя. До полной остановки двигателя и до срабатывания всех, четырех предохранительных устройств 7 ветряной двигатель должен совершить полный оборот. За это время первое крыло 2, у которого сработало предохранительное устройство 7 будет находится на Западе, в рабочей зоне, т.е. повернется на угол 90 от Севера , но из-за стопора 19, который зажат между лопастями 3, 4, последние будут находится под углом 45-75 против направления ветра каждая. При повороте ветряного двигателя от Запада на Юг, т.е. на угол 90-180, стопор 19 будет направлен к направлению ветра боком и зуб 26 стопора 19 упрется в верхнюю лопасть 3,оставаясь в пространстве между лопастями 3, 4 до полной остановки ветряного двигателя. Для восстановления работы ветряного двигателя после действия предохранительного устройства 7,достаточно вернуть стопор 19 в первоначальное положение и установить новую чеку 21. За счет выполнения крыла, образованного из двух поворотных лопастей и установленного с возможностью автоматического регулирования угла атаки по воздействием ветра создается возможность регулирования чувствительности двигателя к любой скорости ветра и получения предельно максимальной мощности. (Двигатель начинает работать при минимальной скорости ветра 1 м/сек, предельная расчетная скорость ветра устанавливается опытным путем с продувкой аэродинамической трубкой). Для сравнения предлагаемого ветряного двигателя с ближайшим аналогом приводим таблицу. Таблица 23626 Продолжение таблицы Ветряной двигатель по ближайшему аналогу Предлагаемый ветряной двигатель Вращение вокруг вертикальной оси Вращение вокруг горизонтальной оси Предохранительное устройство, установленное между лопастями крыла Как видно из таблицы предлагаемый ветряной двигатель позволяет увеличить его мощность в два раза так как крылья образованы из двух лопастей,упростить конструкцию, обеспечить благодаря простому предохранительному устройству,защищающему двигатель и энергетическую машину от поломок, надежность и долговечность его работы. Таким образом предлагаемый ветряной двигатель позволяет упростить конструкцию, повысить надежность и мощность двигателя. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Ветряной двигатель,содержащий вертикальный вал, соединенный с генератором,обтекателями в виде крыла, установленными с возможностью регулирования угла атаки под воздействием ветра, каждый обтекатель образован из поворотной вокруг оси лопасти, установленной на оси, закрепленной на вертикальном валу,устройство управления поворотными лопастями,штанги,отличающийся тем,что оно дополнительно снабжено предохранительным устройством, а каждый обтекатель дополнительно снабжен поворотной лопастью, крылья установлены с возможностью автоматического регулирования угла атаки под воздействием ветра, каждое крыло образовано из двух поворотных вокруг горизонтальной оси верхней и нижней лопастей,каждая из которых установлена одним концом посредством кронштейнов на оси, закрепленной с возможностью вращения на пластине, закрепленной на штанге, вставленной соответственно в гнездо верхней и нижней муфты, а другим концом жестко установлена посредством кронштейнов на второй пластине, закрепленной на штанге, а устройство управления поворотными лопастями образовано из крыла и клиньев, жестко закрепленных на концах лопастей с возможностью управления поворотом нижней лопасти посредством верхней лопасти,предохранительное устройство образовано из угольников, установленных в них стопора, осей стопора и чеки, и с возможностью упора в них лопастей,причем стопор установлен с возможностью свободного поворота вокруг осей стопора, установленных на одном угольнике посредством оси стопора на одном конце, а другим концом стопор закреплен на втором угольнике посредством чеки. 2. Ветряной двигатель по п.1,отличающийся тем, что верхняя лопасть крыла имеет высоту в 1,5 раза большую, чем высота нижней лопасти. 3. Ветряной двигатель по п.1,отличающийся тем, что верхняя лопасть установлена с возможностью регулирования поворотом нижней лопасти посредством клиньев,жестко установленных на концах осей лопастей. 4. Ветряной двигатель по п.1,отличающийся тем, что угольники закреплены по центральной продольной оси в отверстиях пластины. 5. Ветряной двигатель по п.1 отличающийся тем, что угольники закреплены в отверстии пластины посредством болтов с гайками. 6. Ветряной двигатель по п.1,отличающийся тем, что стопор в средней части имеет окно для регулирования сопротивления скорости ветра. 7. Ветряной двигатель по п.1, отличающийся тем, что в верхней части стопора выполнены два зуба для фиксации в пространстве между лопастями после срабатывания предохранительного устройства.