Ветродвигатель

(51)03 3/00, 7/06 НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Шапин Валентин Яковлевич(72) Автор Шапин Валентин Яковлевич(73) Патентообладатель Шапин Валентин Яковлевич(57) 1. Ветродвигатель, содержащий турбину с вертикальным валом вращения и лопастями, устройство для передачи вращения вала рабочему органу, отличающийся тем, что турбина выполнена в форме усеченного конуса, лопасти выполнены в виде полутрапеции,получаемой при вертикальном по диаметру разрезе этого конуса с диаметром нижнего 8334 1 2006.08.30 основания, равным 0,5-1,0 его высоты, и диаметром верхнего основания, равным 1/3-1/4 диаметра нижнего основания конуса, каждая лопасть жестко соединена с вертикальным валом, выполненным полым и посаженным на жестко укрепленную в фундаменте вертикальную ось с помощью подшипников, а также с основанием ветродвигателя в нижней части турбины и с пластиной в верхней части турбины, жестко скрепленными с полым валом, причем лопасти скреплены между собой кольцами жесткости, ветродвигатель содержит экран, включающий две полости, в нижней части жестко скрепленные между собой посредством кольца, установленного с возможностью свободного перекатывания по кольцевой пластине, укрепленной на ногах треноги, а в верхней части жестко связанные между собой крышкой с закрепленным на ней флюгером. 2. Ветродвигатель по п. 1, отличающийся тем, что каждая лопасть выполнена с утолщенными наружными кромками, а на их внешних поверхностях установлены ребра жесткости. 3. Ветродвигатель по п. 1, отличающийся тем, что лопасти скреплены жестко кольцами жесткости по наружным кромкам. 4. Ветродвигатель по п. 1, отличающийся тем, что полости экрана выполнены в виде противоположных четвертей поверхности полого усеченного конуса, внутри которого свободно размещается турбина в форме усеченного конуса. 5. Ветродвигатель по п. 1, отличающийся тем, что экран выполнен с возможностью независимого от турбины вращения вокруг оси. 6. Ветродвигатель по п. 1, отличающийся тем, что ноги треноги жестко укреплены в фундаменте, а ее верхние части соединены с верхним концом оси. Изобретение относится к устройствам преобразования силы ветра во вращательную механическую энергию, которая может быть использована для приведения в действие различных рабочих органов, например вращения вала электрогенератора и выработки электроэнергии. Известно большое количество аналогичных по функциональному назначению устройств-ветродвигателей, например,2 241 747, 19915, 171, 127, 1992 патент Российской Федерации 2022161, 1994 патент 3956033/04 от 11.01.97, которые характеризуются наличием поворотных (относительно общего вала ветродвигателя) лопастей, вспомогательных устройств - элементов их крепления (кронштейны, траверсы, тросы, направляющие) и передаточных устройств, посредством которых обеспечивается вращение вала ветродвигателя (шестерни, кривошипы). Наличие таких устройств усложняет конструкцию ветродвигателей, снижает КПД использования силы ветра, а в условиях порывистости ветра приводит к частым поломкам и остановкам, снижает надежность их работы. Эти недостатки устраняются в конструкциях с жестким креплением лопастей ветродвигателей на вертикальных валах, например, в технических решениях патент 2074980,033/04 от 08.02.94, патент 2168059033/04 от 27.07.99 г., где лопасти ветродвигателя жестко закреплены на вертикальном вале, образуя ротор ветродвигателя,который помещается внутри системы с ветронаправляющими створками. Наиболее близким аналогом предлагаемому ветродвигателю является техническое решение по патенту 2168059033/04 от 27.07.99 г., в котором ветровая турбина с вертикальной осью вращения образована изпрофилированных оси симметричных лопастей, соединенных верхней и нижней крышками, имеющими форму круга. Турбина расположена внутри направляющей системы, образованной из К неподвижных оси симметричных направляющих створок, закрепленных верхней и нижней крышками, причем каждая из лопастей ветровой турбины представляет собой часть боковой поверхности 2 8334 1 2006.08.30 цилиндра с образующей, параллельной оси вращения турбины. Форма лопастей турбины и ветронаправляющих створок, их установка обеспечивают плавное перетекание воздуха с направляющих створок на лопасти турбины, а направляющие створки расположены равномерно по окружности под углом к линиям ее радиусов. Недостатком такого ветродвигателя является снижение действующей на лопасти ветродвигателя силы ветра вследствие его торможения на направляющих створках. За счет направляющей системы значительно возрастает материалоемкость и трудоемкость ее установки, а нахождение лопастей турбины ветродвигателя в полностью закрытом пространстве усложняет проведение эксплуатационных и ремонтных работ. Задачей предлагаемого технического решения является упрощение конструкции ветродвигателя, увеличение полноты использования силы ветра, снижение материалоемкости и обеспечение удобства в проведении эксплуатационно-ремонтных работ. Поставленная задача решается следующим образом. В ветродвигателе, содержащем турбину с вертикальным валом вращения, лопастями и устройством для передачи вращения вала рабочему органу, ветровая турбина выполнена в форме усеченного конуса, лопасти которой по форме выполнены в виде полутрапеции,получаемой при вертикальном по диаметру разрезе этого конуса с диаметром нижнего основания, равным 0,5-1,0 его высоты, и диаметром верхнего основания, равным 1/3-1/4 диаметра нижнего основания конуса, каждая лопасть жестко соединена с вертикальным валом, выполненным полым крышкой и посаженным на жестко укрепленную в фундаменте вертикальную ось с помощью подшипников, а также с основанием ветродвигателя в нижней части турбины и с пластиной в верхней ее части, жестко скрепленными с полым валом и лопастями, причем лопасти скреплены между собой кольцами жесткости. Ветродвигатель также содержит экран, включающий две полости, в нижней части жестко скрепленные между собой посредством кольца, установленного с возможностью свободного перекатывания по кольцевой пластине, укрепленной на ногах треноги, а в верхней части жестко связанные между собой крышкой с закрепленным на ней флюгером. Предусмотренный в конструкции ветродвигателя экран служит для повышения полезного наиболее полного воздействия ветра на рабочие лопасти турбины. Это достигается тем, что две его лопасти выполнены в виде противоположных четвертей поверхности полого усеченного конуса, внутри которого свободно размещается турбина ветродвигателя в форме усеченного конуса. Экран, с одной стороны, не допускает воздействия ветра на лопасти холостого хода турбины, а с другой стороны, обеспечивает создание дополнительного напора ветра на рабочие лопасти турбины. Установка наиболее выгодного положения экрана осуществляется автоматически за счет установленного на нем флюгера, который вместе с экраном имеет возможность независимого от турбины вращения вокруг оси от воздействия ветра. Для достижения устойчивой жесткости и снижения вибрации лопастей турбины их наружные кромки выполнены утолщенными, на их рабочих поверхностях установлены ребра жесткости, а наружные кромки лопастей турбины жестко скреплены кольцами жесткости. Устройство ветродвигателя поясняется чертежами. Фиг. 1. Общий вид ветродвигателя. Фиг. 2. Вид по А-А при снятой пластине 6. Ветродвигатель состоит из трех основных частей турбины ветродвигателя, экрана и треноги. Турбина ветродвигателя представляет собой жесткую конструкцию, состоящую из вертикально расположенного полого вала 1, посаженного с помощью подшипников 2 на жестко укрепленную в фундамент вертикальную ось 3, лопастей 4, основания 5, пластины 6 и колец жесткости 7. 8334 1 2006.08.30 Турбина ветродвигателя выполнена в виде усеченного конуса. Отношение диаметров верхнего и нижнего сечений конуса, в объеме которого помещается турбина ветродвигателя, не ограничивается. Оно может быть равным 12, 13, 14. Чем меньше это соотношение, тем больше будет обеспечиваться понижение центра тяжести турбины и устойчивость ветродвигателя. Лопасти турбины выполнены изогнутыми, вогнутая часть лопасти обращена к воздействию ветра. Диаметр размаха лопастей в нижней части в два - четыре раза больше диаметра их размаха в верхней части. С выгнутой и вогнутой сторон лопасти имеют ребра жесткости 8, что позволяет снизить их вибрацию и наиболее полно использовать силу ветра. На нижнюю часть полого вала жестко крепится устройство 9 для передачи вращения вала на трансмиссию или непосредственно на рабочий орган. Таковым устройством может быть шестерня, шкив, муфта сцепления и др. Конусная конструкция турбины ветродвигателя обеспечивает понижение центра его тяжести и использование эффекта юлы. Ветродвигатель снабжается независимым от описанной конструкции экраном 10. Основное назначение экрана - создавать наиболее благоприятные условия для максимально полного воздействия ветра на лопасти турбины при любых его направлениях. Экран выполняется в виде жесткой конструкции и имеет возможность свободного, независимого от турбины вращения. Конструкция экрана представляет собой полый усеченный конус с вырезами двух противоположных четвертей его поверхности, внутри которого помещена конусная турбина ветродвигателя. Экран состоит из двух полостей 11, в нижней части жестко скрепленных между собой посредством общего для них кольца 12, которое имеет возможность свободно перекатываться по кольцевой пластине 13, укрепленной на ногах треноги 14. Жесткость конструкции экрана обеспечивается скреплением его полостей по высоте кольцами жесткости 18. Верхняя часть экрана выполняется в виде крышки 15, жестко связанной с полостями экрана 11 и с закрепленным на ней флюгером 16. Крышка через подшипники 17 посажена на ось 3 ветродвигателя. Тренога служит обеспечению устойчивости конструкции ветродвигателя на месте его установки. Ноги треноги, также как и нижний конец оси 3, жестко заделываются в фундамент, а в верхней части конец оси и концы треноги скрепляются вместе. Работа ветродвигателя осуществляется следующим образом. При отсутствии ветра положение турбины ветродвигателя и экрана независимое и свободное. При наличии ветра он воздействует на лопасти турбины, экран и флюгер. Под воздействием ветра на флюгер и полости экрана последний занимает положение,при котором одна полость экрана выпуклой внешней своей поверхностью устанавливается напротив лопастей турбины, совершающих холостой ход, и защищает их от воздействия ветра. Противоположная полость экрана располагается внутренней вогнутой своей поверхностью к воздействию ветра и направляет ветер на рабочие лопасти турбины, обеспечивая более полное использование силы ветра рабочими лопастями турбины ветродвигателя. Под воздействием ветра турбина ветродвигателя, установленная внутри описанной конструкции экрана, свободно вращается в подшипниках на жестко укрепленной оси 3 и через устройство 9 передает вращение на рабочий орган. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5