початок розділу Виробничі, аматорські радіоаматорські Авіамодельний, ракетомодельного Корисні, цікаві	хитрощі майстру електроніка фізика технології винаходи	таємниці космосу таємниці Землі таємниці Океану хитрощі Карта розділу
Використання матеріалів сайту дозволяється за умови посилання (для сайтів - гіперпосилання)

ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2254495

Вітроустановка

Ім'я винахідника: Алешко І.М. (RU); Карбушев В.Ф.
Ім'я патентовласника: Карбушев Віктор Федорович
Адреса для листування: 656066, Алтайський край, Барнаул, Павловський тракт, 112-57, В.Ф.Карбушеву
Дата початку дії патенту: 2003.12.15

Винахід відноситься до вітроенергетики і може бути використано як привід до свердловинним насосів або в якості заряджати акумулятор кошти. Технічний результат полягає у спрощенні конструкції вітроустановки і запобігання небажаних і нерегульованих коливань лопаті установки. Ветроустановка складається з щогли, підстави, що повертається під дією вітру щодо вертикальної осі щогли, вітрила, що сприймає потік вітру, і механізмів повороту вітрила відносно горизонтальної і вертикальної його осей. Кожен з механізмів повороту вітрила відносно горизонтальної і вертикальної осей кинематически допомогою шарнірно з'єднаних з основою і один з одним важелів і тяги пов'язаний з робочим органом установки, наприклад тросом. Установка шарнірного з'єднання диска з тягою за уявної прямої, що з'єднує вертикальну вісь вітрила і трос, дозволяє всю кінематичну систему з мінімальними енергетичними затратами встановити враспор і надалі легко вивести її з цього стану і повернути вітрило на 90 градусів. Установка містить і механізм виведення вітрила з крайніх положень.

ОПИС ВИНАХОДИ

Винахід відноситься до вітроенергетики, зокрема до конструкцій вітроенергетичних установок, і може бути використано як привід до водяних насосів для підйому води з свердловин або підзарядки блоку акумуляторів.

Відомий вітродвигун, що містить встановлене на вертикальному валу ротор з верхніми і нижніми спицями, між якими на їх кінцях розміщені поворотні балансувальні лопаті, вали яких через муфти пов'язані ланцюговою передачею з загальним флюгером (див. А.с. 1483081 від 30.05.89 р , М. кл. F 03 D 3/02). Виконання лопатей поворотними дозволяє оптимально орієнтувати їх у процесі роботи, що забезпечує оптимальну аеродинаміку лопатей при русі по потоку вітру і проти.

Однак загальний механізм повороту лопатей, що представляє собою ланцюгову передачу, яка б пов'язала флюгер з кожної лопатою, складний, що знижує надійність пристрою. Крім того, ланцюгова передача не може бути достатньо жорсткою, що викликає підвищений рівень автоколивань, що в свою чергу є причиною несподіваних відмов у роботі вітродвигуна і низьку ефективність самозахисту вітродвигуна від сильних вітрів. Все це і є недоліками відомого вітродвигуна.

Відомий вітроагрегат, що містить робоче колесо з вертикальною віссю обертання, на якому встановлені з можливістю повороту навколо вертикальних осей лопаті, які мають індивідуальний механізм повороту, виконаний у вигляді флюгера, кінематично сполученого з віссю повороту лопаті (див. Патент РФ 2119094, F 03 D 7 / 06 від 20.09.98 р). Однак зазначена конструкція є досить складною, а зв'язок між флюгером і механізмом повороту лопаті постійно навантажена, що і можна віднести до недоліків відомої конструкції.

Відомий досконаліший вітроагрегат - прототип, що містить робоче колесо з вертикальною віссю обертання, на якій встановлені з можливістю повороту навколо вертикальних осей лопаті, які мають індивідуальний механізм повороту, виконаний у вигляді флюгера, кінематично сполученого з віссю повороту лопаті, причому верхній кінець кожної лопаті виконаний з можливістю відхилення в площині лопаті симетрично щодо вертикальної осі на відстань не більше в / 5,27, де в - максимальне значення ширина лопаті. Кожен флюгер кинематически з'єднаний з віссю повороту лопаті за допомогою механізму розвантаження, який виконаний у вигляді запобіжної муфти (див. Патент Російської Федерації №2193688, М. кл. F 03 D 7/06).

Відома конструкція ветроагрегата - проточина є досить складною і не запобігає небажаних і нерегульованих коливань лопаті, що і можна віднести до недоліків відомого пристрою.

Завданням цього винаходу є усунення недоліків прототипу і спрощення конструкції вітроустановки при її роботі в режимі зворотно-поступального переміщення робочого органу, наприклад в режимі роботи насоса для підйому води зі свердловини.

Додаток №2 до рішення про видачу патенту на винахід за заявкою №2003136315 / 06 (038937)

Поставлена ​​винаходом завдання досягається тим, що засіб, що сприймає потік вітру, виконано у вигляді однолопастний вітрила, ветроустановка забезпечена пристроєм зворотно-поступального повороту вітрила відносно горизонтальної осі, яке за допомогою важеля, закріпленого на корпусі пристрою над горизонтальною віссю повороту, кінематично пов'язано з робочим органом установки , наприклад тросом, причому пристрій забезпечений механізмом виведення вітрила з крайніх положень.

Парус забезпечений механізмом зворотно-поступального повороту щодо його вертикальної осі, який виконаний у вигляді диска, закріпленого на вертикальній осі повороту вітрила, з трьома бічними поверхнями, контактно пов'язаними з упорами, що обмежують поворот вітрила, і шарнірно з робочою тягою, за допомогою важелів з тросом і один з одним.

При вихідному, максимально сприймає потік вітру положенні вітрила шарнірне з'єднання диска з робочою тягою виконано за уявної прямої, що з'єднує вісь повороту диска і шарнірне з'єднання тяги з тросом, забезпечуючи установку диска і тяги враспор з одночасним контактом диска з одним з упорів.

Механізм виведення вітрила з крайніх положень виконаний у вигляді штанги з закріпленим на ній вантажем, причому штанга встановлена ​​за горизонтальною віссю на корпусі механізму повороту вітрила відносно горизонтальної осі під кутом в 30-60 градусів.

Ознаки того, що засіб, що сприймає потік вітру, виконано у вигляді однолопастний вітрила, а ветроустановка забезпечена пристроєм зворотно-поступального повороту вітрила відносно горизонтальної осі, яке за допомогою важеля, закріпленого на пристрої над горизонтальною віссю, кінематично пов'язано з робочим органом установки, наприклад тросом, причому пристрій забезпечений механізмом виведення вітрила з крайніх положень, є ознаками істотними, неочевидними і необхідними для досягнення поставленої винаходом завдання. Так, для роботи механічного насоса в свердловині потрібно зворотно-поступальний рух поршня насоса, при цьому не потрібно ніякого перетворювача енергії вітру. Наявність пристрою повороту вітрила відносно горизонтальної осі забезпечує при повороті (хитанні вітрила відносно горизонтальної осі) зворотно-поступальне переміщення як вітрила, так і пов'язаного з ним важеля, закріпленого над горизонтальною віссю пристрою, і робочого органу - троса і далі поршня насоса. Наявність механізму виведення вітрила з крайніх положень сприяє страгивании з місця вітрила і надання йому початкового руху як при малому вітрі, так і при сильному.

Ознаки того, що вітрило забезпечений механізмом зворотно-поступального повороту щодо його вертикальної осі, який виконаний у вигляді диска, закріпленого на вертикальній осі повороту вітрила, з трьома бічними поверхнями, контактно пов'язаними з упорами, що обмежують поворот вітрила, і шарнірно з робочою тягою, при допомоги важелів з тросом і один з одним, є ознаками, які доповнюють і роз'яснюють особливості виконання механізму із зазначенням засобів, що забезпечують досягнення поставленої винаходом завдання. Отримання безпосередньо за рахунок енергії потоку вітру зворотно-поступального руху робочого органу - троса і пов'язаного з ним поршня насоса є практично ідеальним результатом використання енергії вітру без додаткових, які потребували б на себе частину енергії механізмів перетворення. Характер переривчастого впливу потоку вітру на вітрило вітроустановки і максимально наближає роботу установки до її ідеального результату.

Ознаки того, що при вихідному, максимально сприймає потік вітру положенні вітрила шарнірне з'єднання диска з робочою тягою виконано за уявної прямої, що з'єднує вісь повороту диска і шарнірне з'єднання тяги з тросом, забезпечуючи установку диска і тяги враспор з одночасним контактом диска з одним з упорів, є ознаками, які доповнюють і забезпечують отримання кінцевого результату пропонованого винаходу. Так, установка шарнірного з'єднання в початковому стані враспор дозволяє без будь-яких додаткових енергетичних витрат і фіксують механізмів ефективно використовувати додатково виникає натяг троса за рахунок кінематичного з'єднання важелів, яке і використовується для повороту лопаті в крайніх (вихідному і кінцевому) положеннях.

Ознаки того, що механізм виведення вітрила з крайніх положень виконаний у вигляді штанги з закріпленим на ній вантажем, причому штанга встановлена ​​за горизонтальною віссю на корпусі механізму повороту вітрила відносно горизонтальної осі під кутом в 30-60 градусів, є ознаками, які доповнюють основний в частині забезпечення роботи вітроустановки при мінімальних і максимальних поривах вітру. Кут нахилу штанги до вертикальній площині в 45 градусів є оптимальним. Однак установка, маючи можливість переміщення вантажу уздовж штанги, може успішно працювати і при куті монтажу від 30 до 60 градусів. Використання менше 30-ти і більшого 60-ти градусів кута - недоцільно, оскільки регулювання механізму стає складною, а конструкція громіздкою.

На фіг.1 схематично показана пропонована ветроустановка.

На фіг.2 представлена ​​ветроустановка з механізмом повороту вітрила щодо його вертикальної осі.

На Фіг.3 представлений механізм повороту вітрила щодо вертикальної осі.

На фіг.4 представлена ​​кінематична схема зміни натягу робочого органу - троса протягом одного циклу - одного зворотно-поступального переміщення вітрила при роботі всієї кінематичної ланцюжка - тяги, важелів, шарнірів і разом з ними робочого органу - троса.

На фіг.5 представлена ​​схема впливу механізму виведення вітрила з крайніх положень.

Пропонована ветроустановка складається з щогли 1, що утримується у вертикальному положенні декількома бічними стяжками 2. У верхній частині щогли 1 змонтовано поворотний під дією вітру щодо вертикальної осі підставу 3, на якому на горизонтальній осі 4 змонтований механізм 5 повороту вітрила 6 відносно горизонтальної осі 4. Вертикальна вісь 7 вітрила 6 змонтована в корпусі механізму 5 повороту вітрила 6 відносно горизонтальної осі 4. у нижній частині механізму 5 на вертикальній осі вітрила 6 змонтований диск 8 і на корпусі - упор 9. упор 10 для повороту вітрила 6 щодо його вертикальної осі 7 при його підході до правого крайнього положення закріплено на підставі 3. Важіль 11 шарнірно пов'язаний за допомогою бездротової технології 12 з тросом 13 і шарнірно з важелем 14. трос 13 через блок 15 пов'язаний з поршнем насоса (поршень на кресленні не показаний). Механізм 16 виведення вітрила 6 з крайніх положень закріплено на корпусі механізму 5 за вертикальної осьової лінією 17.

Диск 8 шарнірно за допомогою з'єднання 18 пов'язаний з тягою 19, яка в свою чергу шарнірно з'єднана з важелем 11 і тросом 13 в з'єднанні 12. Пружина 20, пов'язана з шарнірним з'єднанням 18 і упором 9, сприяє утриманню шарнірного з'єднання 18 при знаходженні вітрила в крайніх положеннях після його повороту щодо вертикальної осі 7. На диску 8 виконані три поверхні контакту 21, 22, 23, по черзі контактують з упорами 9 і 10, причому поверхні 21 і 22 по черзі з різних боків контактують з упором 9, а поверхню 23 диска 8 - з упором 10. на фіг.3 пунктиром показано положення А диска 8 при повороті вітрила на мінімальний опір потоку вітру. При цьому бокова поверхня 22 диска 8 знаходиться в контакті з упором 12. Величина L (див. Фіг.3) відповідає переміщенню шарнірного з'єднання 12 при повороті вітрила 6 на 90 градусів.

Вітроустановка працює наступним чином

У вихідному положенні парус 6 нахилений вперед по відношенню до вертикальної осі щогли 1 на 25-30 градусів і його площину розташована перпендикулярно до напрямку потоку вітру. Трос 13 під дією сили тяжіння поршня і механізму 16 виведення вітрила з крайніх положень натягнутий і прагне повернути вітрило через шарнірні важелі 11 і 14 на ще більший кут вперед. Падіння вітрила вперед не відбувається, тому що крайньою точкою нахилу вітрила буде пряма D, що з'єднує точку контакту троса 13 з блоком 15 і горизонтальну вісь 4 механізму повороту вітрила 6 відносно горизонтальної його осі 4.

Ветроустановка може працювати в двох основних режимах - без механізму повороту вітрила щодо вертикальної його осі (див. Фіг.1) і з ним (см.фіг.2). Розглянемо роботу вітроустановки без механізму повороту вітрила щодо його вертикальної осі. Під дією напору вітру підставу 3, немов флюгер повертаючись щодо поздовжньої осі щогли 1, завжди забезпечує перпендикулярний напрямок потоку вітру на вітрило. Механізм 16 виведення вітрила з крайніх положень є вантаж, закріплений на штанзі з можливістю регулювання - переміщення уздовж штанги, який, врівноважуючи вітрило відносно горизонтальної осі 4, сприяє початку руху вітрила з крайніх положень. При перших поривах вітру вітрило 6 відхиляється вправо, захоплюючи за собою через важелі 14 і 11 трос 13, який піднімає поршень і знаходиться над ним стовп води. Оскільки потік вітру впливає на вітрило періодично - поривами, то парус 6 під дією ваги поршня і механізму 16 встигає повернутися в початкове положення. У разі слабких поривів вітру або, навпаки, сильних ривків парус робить невеликі коливальні рухи, які і призводять до переміщення поршня насоса і підйому води зі свердловини.

У разі роботи установки з механізмом повороту вітрила 6 (див. Фіг.2) щодо його вертикальної осі 7 відбувається наступне. Спочатку шарнірне з'єднання 18 диска 8 і тяги 19 знаходиться за уявної прямої В (див. Фіг.3), що з'єднує точку 24 кріплення диска 8 до вертикальної осі 7 і шарнірне з'єднання 18 іншого кінця тяги 11 з тросом 13. Пружина 20 в початковому положенні вітрила 6 підтягує шарнірне з'єднання 18 і диск 8 опорної бічною поверхнею 21 до упору 9 і утримує його за уявної прямої в, а після повороту вітрила на 90 градусів, коли шарнірне з'єднання 18 знаходиться в положенні а, пружина 20 утримує з'єднання в цій другій положенні, оскільки поздовжня вісь пружини переміщається за точку 24 вертикальної осі 7 вітрила 6. Механізм 16 сприяє, як і в першому випадку, повороту вітрила 6 вправо відносно горизонтальної осі 4 в початковий момент, зменшуючи зусилля страгивания вітрила 6 з місця.

При впливі потоку вітру на вітрило 6 останній починає відхилятися вправо по стрілці С, см. Фіг.1, 2. Відхиляючись від початкового положення, парус продовжує максимально сприймати потік вітру і повертається відносно горизонтальної осі 4. При цьому тяга 19, шарнірно пов'язана з диском 8, починає піднімати шарнірне з'єднання 12 на кінці важеля 11, приймаючи на себе частину навантаження, створюваної натягом троса 13. на всьому протязі повороту вітрила від початкового положення диск 8 своєї бічною поверхнею 21 спирається на упор 9. При підході верхній частині вітрила до крайнього правого положенню зменшується зусилля впливу потоку вітру на вітрило 6 і диск 8 підходить, а потім і стосується упору 10 своєї бічною поверхнею 23 і, долаючи зусилля пружини 20, виводить шарнірне з'єднання 18 з вихідного запірного стану. Як тільки шарнірне з'єднання 18 перейде за уявну пряму В, тяга 19 під пружним дією натягу троса 13 почне повертати вітрило щодо вертикальної осі 7. Зусилля пружини 20 спочатку буде перешкоджати повороту диска 8 і вітрила 6, але після переходу поздовжньої осі пружини 20 за точку 24 пружина сприятиме повороту диска 8 і утриманню вітрила в його новому крайньому положенні, оскільки зусилля пружини 20 почне діяти на диск 8 з іншого боку вертикальної осі 7. Парус 6 розгорнеться на 90 градусів до контакту бічною поверхнею 22 диска 8 упору 9 і опір потоку вітру буде мінімальним. Оскільки опір потоку вітру мінімальне, то вітрило під дією ваги поршня насоса і механізму 16 виведення вітрила 6 з крайніх положень починає повертатися відносно горизонтальної осі 4 і рухатися в зворотному напрямку. При цьому зусилля, яке сприймає тягою 19 від троса 13, буде постійно утримувати парус 6 через шарнірне з'єднання 18 диска 8 і тяги 19 в його новому положенні, коли бокова поверхня 22 диска 8 стосується упору 9. При русі вітрила 6 в зворотному напрямку важелі 11 і 14 постійно змінюють кут контакту між собою і шарнірне з'єднання 12 важеля 11 при підході до лівого крайнього положення спочатку встановлюється на одній лінії з силовою лінією натягу троса 13, а потім відгинає (відтягує на себе) шарнірне з'єднання 12 важеля 11 з тросом 13 в зворотному напрямку - вниз. При цьому тиск троса 13 на шарнірне з'єднання 18 поступово слабшає і перестає діяти, а трос 13, продовжуючи рух, починає тягнути весь механізм повороту вітрила відносно горизонтальної осі 4 і шарнірне з'єднання 18 на себе. Тяга 19 починає ставити перепони і створює зусилля натягу троса протилежне первісному, яке в сукупності з зусиллям натягу троса 13 і розгортає парус 6 на максимальне сприйняття потоку вітру. Потім цикл кінематичних взаємодій вітрила, важелів і тяги з її шарнірними з'єднаннями неодноразово повторюється - парус 6 здійснює гойдає, зворотно-поступальний рух щодо горизонтальній осі 4 і щодо його вертикальної осі 7. У разі відсутності вітру вітроустановка не працює. У разі малих, середніх або сильних поривів вітру установка успішно буде качати воду. У разі виникнення автоколивань (зворотно-поступальний переміщення вітрила на невеликий кут під дією або слабкого, або сильного вітру) установка все одно буде качати воду, тому що ці коливання призводять в рух поршень насоса. У разі ураганного, суцільного вітру вітрило вітроустановки під дією потоку вітру самостійно встановиться на мінімальне, врівноважене опір потоку вітру і його поломки не відбудеться. Зміною довжини важеля 14, відстані між горизонтальною віссю 4 вітроустановки і шарнірним з'єднанням 12 важеля 11 можна регулювати продуктивність насоса, змінюючи її на 25-30 відсотків в ту чи іншу сторони. Наявність механізму повороту вітрила щодо вертикальної його осі підвищує продуктивність установки з великим коефіцієнтом використання потоку вітру.

Діюча модель пропонованої вітроустановки була виготовлена ​​і випробувана. Ветроустановка успішно приводила в дію водяний насос і надійно піднімала воду з глибини 6 метрів і на висоту 3 метри над поверхнею землі. Продуктивність установки склала 60 л / год. При відсутності необхідності в підйомі води установка після її перемикання при кожному циклі повертала генератор на кілька оборотів, виробляючи тим самим імпульсами електроенергію, якої було достатньо для підзарядки блоку акумуляторів.

В даний час авторами проводиться робота з виготовлення дослідної промислової установки, яка забезпечить підйом води на висоту 20 метрів, продуктивністю 400-700 літрів на годину - при роботі установки без механізму повороту вітрила щодо його вертикальної осі і 700-800 літрів на годину - з механізмом , або ж після перенастроювання установки (зміни довжини важелів) - з глибини 30 метрів продуктивністю 400-500 л / год.

Вважаємо, що пропонована ветроустановка знайде широке застосування при поливі посадок фермерських господарств, товариств, що займаються вирощуванням овочів і фруктів, лісопосадок і розплідників, а й може бути використана для створення резервуарів води для зрошення лісосмуг і гасіння пожеж, на стоянках чабанів, у синоптиків, лісників , в мисливських господарствах і т.д., особливо в місцях, де відсутня електроенергія.

Ветроустановка проста по конструкції і надійна в роботі.

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

1. Ветроустановка, що включає поворотний під дією вітру щодо вертикальної осі підставу, засіб, що сприймає потік вітру, і механізм повороту цього засобу щодо вертикальної його осі, яка відрізняється тим, що засіб, що сприймає потік вітру, виконано у вигляді однолопастний вітрила, ветроустановка забезпечена пристроєм зворотно -поступательного повороту вітрила відносно горизонтальної осі, яке за допомогою важеля, закріпленого на корпусі пристрою над горизонтальною віссю повороту, кінематично пов'язано з робочим органом установки, наприклад, тросом, причому пристрій забезпечений механізмом виведення вітрила з крайніх положень.

2. Ветроустановка по п.1, що відрізняється тим, що вітрило забезпечений механізмом зворотно-поступального повороту щодо його вертикальної осі, який виконаний у вигляді диска, закріпленого на вертикальній осі повороту вітрила з трьома бічними поверхнями, контактно пов'язаними з упорами, що обмежують поворот вітрила і шарнірно з робочою тягою за допомогою важелів з тросом і один з одним.

3. Ветроустановка по п.2, що відрізняється тим, що при вихідному максимально сприймає потік вітру положенні вітрила шарнірне з'єднання диска з робочою тягою виконано за уявної прямої, що з'єднує вісь повороту диска і шарнірне з'єднання тяги з тросом, забезпечуючи установку диска і тяги в розпір з одночасним контактом диска з одним з упорів.

4. Ветроустановка по п.1, що відрізняється тим, що механізм виведення вітрила з крайніх положень виконаний у вигляді штанги з закріпленим на ній вантажем, причому штанга встановлена ​​за горизонтальною віссю на корпусі механізму повороту вітрила відносно горизонтальної осі під кутом в 30-60 градусів.

Версія для друку
Дата публікації 02.02.2007гг

НОВІ СТАТТІ ТА ПУБЛІКАЦІЇ
	Технологія виготовлення універсальних муфт для бесварочного, безрезьбовиє, бесфлянцевого з'єднання відрізків труб в трубопроводах високого тиску (мається відео)
	Технологія очищення нафти і нафтопродуктів
	Про можливість переміщення замкнутої механічної системи за рахунок внутрішніх сил
	Світіння рідини в тонких діелектричних каналох
	Взаємозв'язок між квантової і класичної механікою
	Міліметрові хвилі в медицині. Новий погляд. ММВ терапія
	магнітний двигун
	Джерело тепла на базі нососних агрегатів