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 RU2253039

ПЕРЕТВОРЮВАЧ ЕНЕРГІЇ ТЕКУЧОГО СЕРЕДОВИЩА (ВАРІАНТИ)

Ім'я винахідника: Алієв А.С. (RU); Алієва Б.З.
Ім'я патентовласника: Алієв Абдулла Сіражутдіновіч (RU); Алієва Бесханум Зіядовна
Адреса для листування: 367003, г.Махачкала, 1-й Садовий пров., 8 "б", А.С.Аліеву
Дата початку дії патенту: 2003.01.31

Винахід відноситься до області вітро-і гідроенергетики і може бути використано для вироблення вітрової та гідроенергії і перетворення їх в електроенергію. Технічний результат полягає у спрощенні конструкції перетворювача і підвищенні потужності і чутливості до слабких потокам вітру і води. Перетворювач містить встановлені на круговому шляху взаємопов'язані платформи, кожна з яких, в свою чергу, включає кінематично пов'язані вагонетку (візок) і лопата (вітрило). Додатково перетворювач містить вертикальну стійку і покажчик напрямку (флюгер), а кожна платформа містить додатковий вузол зміни орієнтації та фіксації положення лопаті, що взаємодіє з лопатою і покажчиком напряму (флюгером). Додатково в перетворювачі встановлені стійки із зірочками і два покажчика напрямку (флюгера), при цьому зірочки пов'язані один з одним ланцюгом і взаємодіють з відповідними кулачковими дисками і покажчиками напрямку (флюгерами), встановленими на двох взаємно протилежних платформах. Додатково перетворювач містить центральну зірочку і стійки із зірочками, встановлені на кожній платформі, при цьому зірочки всіх платформ пов'язані ланцюгом з центральної зірочкою, пов'язаної нерухомо з покажчиком напряму (флюгером) або з фіксатором кутового положення.

ОПИС ВИНАХОДИ

Винахід відноситься до області вітро-і гідроенергетики і може бути використано для перетворення енергії текучого середовища (вітру або води) в електричну енергію.

Відомий перетворювач енергії текучого середовища, що містить встановлені на круговому шляху взаємопов'язані платформи, кожна з яких, в свою чергу, включає кінематично пов'язані вагонетку (візок) і лопата (вітрило) (див. Наприклад, SU, 1275114 А1, кл. 7 F 03 D 5/04, 07.12.1986), за сукупністю суттєвих ознак прийнятий за найближчий аналог винаходу (прототип).

Недоліками відомого перетворювача є складність конструкції і невисока ефективність.

Технічний результат полягає у спрощенні конструкції перетворювача енергії і значне підвищення потужності, порівнянним з тепловими або гідравлічними станціями, що забезпечується за рахунок того, що перетворювач енергії текучого середовища, що містить встановлені на круговому шляху взаємопов'язані платформи, кожна з яких, в свою чергу, включає кінематично пов'язані вагонетку (візок) і лопата (вітрило), відповідно до винаходу, додатково містить вертикальну стійку і покажчик напрямку (флюгер), а кожна платформа містить додатковий вузол зміни орієнтації та фіксації положення лопаті, що взаємодіє з лопатою і покажчиком напряму (флюгером).

Вузол зміни орієнтації та фіксації положення лопаті містить зчіпну муфту, диск з двома кулачками, перший і другий магніти і два опорних ролика, взаємодіючих з кулачками диска, при цьому верхня сцепная полумуфта нерухомо пов'язана з лопатою, встановленої на стійці з можливістю повороту до 90 °, а нижня - з'єднана жорстко з кулачковим диском, подпружинена і встановлена ​​на стійці з можливістю поздовжнього зсуву по ній, крім того, перший магніт пов'язаний з лопатою і взаємодіє з другим магнітом, пов'язаним з корпусом платформи.

Вузол зміни орієнтації та фіксації положення лопаті містить диск з кулачками, опорні ролики, першу, другу зчіпні муфти і опорну планку, встановлену з можливістю вільного обертання навколо вертикальної осі, поєднаної з віссю стійки покажчика напрямку (флюгера), на кінцях якої симетрично встановлені вертикальні стійки , на яких шарнірно встановлені лопаті з можливістю повороту до 90 ° у взаємно протилежних напрямках, при цьому нижні зчіпні напівмуфти, встановлені на вертикальних стійках лопатей з можливістю поздовжнього зсуву по ним, взаємодіють за допомогою кулачків диска з роликами, шарнірно пов'язаними з платформою, а верхні зчіпні напівмуфти нерухомо з'єднані з відповідними половинами лопатей.

Вузол зміни орієнтації та фіксації положення лопаті містить додатково кінематично пов'язані і взаємодіють один з одним барабани і підпружинену штангу, пов'язану з флюгером конічної форми, при цьому верхні зчіпні напівмуфти, пов'язані нерухомо з лопатями, взаємодіють через стрижні і барабани з подпружиненной штангою і за допомогою троса - з покажчиком напряму (флюгером).

Флюгер виконаний у вигляді усіченого конуса, встановленого з можливістю поздовжнього зсуву на горизонтальному важелі стійки, і пов'язаний через трос з подпружиненной штангою, яка взаємодіє з похилими пазами в барабанах, обмежувальні пази яких через відповідні обмежувальні стрижні і опорні втулки взаємодіють з першої і другої лопатями.

Вузол зміни орієнтації та фіксації положення лопаті містить першу і другу зчіпні муфти, першу і другу пружини, кулачковий диск з двома кулачками і чотирма обмежувальними упорами, а й диск зчеплення і обмежувальні важелі, при цьому верхня перша і нижня друга зчіпні напівмуфти нерухомо з'єднані з лопатою , встановленої на стійці з можливістю вільного повороту, а перша нижня полумуфта жорстко пов'язана з кулачковим диском, подпружинена і встановлена ​​на стійці з можливістю вертикального зміщення по ній, крім того, верхня сцепная полумуфта подпружинена і нерухомо з'єднана з диском зчеплення, взаємодіє з допомогою другий пружини з платформою і важелем, встановленими нерухомо на другий верхній зчіпний напівмуфті, при цьому флюгер, виконаний у вигляді усіченого конуса, взаємодіє з кулачковим диском.

Вузол зміни орієнтації та фіксації положення лопаті містить встановлені нерухомо на центральній стійці коромисло, першу і другу центральні зірочки, які взаємодіють через нововведені першу і другу ланцюга і першу і другу зірочки, верхні і нижні другі зчіпні напівмуфти з лопатями діаметрально протилежних платформ, при цьому перші зірочки встановлені на двох кінцях коромисла співвісно з нижніми другими зчіпними пружними напівмуфтами, крім того, перша центральна зірочка має діаметр в 1,5 рази більше, ніж перші зірочки, і через другу центральну пружину взаємодіє з обертовими опорами, а другі зірочки встановлені нерухомо на кореневої частини стійок лопатей всіх платформ, при цьому верхні другі зчіпні напівмуфти через кронштейни і циліндри з вертикальними і горизонтальними пазами взаємодіють з відповідними лопатями і кулачковими дисками, при цьому обертаються опори через шестерні кинематически пов'язані з генератором (насосом).

На кінцях коромисла за допомогою підставок нерухомо встановлені нижні магніти, які взаємодіють з верхніми магнітами, закріпленими на немагнітних дисках, закріплених нерухомо на перших (нижніх) зірочках.

Кінці коромисла виконані у вигляді здвоєних вилок, на нижніх кінцях яких встановлені нерухомі нижні магніти, а на верхніх головках встановлені перші зірочки і пов'язані з ними верхні магніти, які взаємодіють з нижніми магнітами, при цьому нижня ланцюг кинематически пов'язує перші зірочки з центральною першої зірочкою, встановленої на одній осі з покажчиком напряму течії середовища і фіксатором кутового положення.

У перетворювачі енергії текучого середовища встановлені додатково стійки із зірочками і два покажчика напрямку (флюгера), при цьому зірочки пов'язані один з одним ланцюгом і взаємодіють з відповідними кулачковими дисками і покажчиками напрямку (флюгерами), встановленими на двох взаємно протилежних платформах.

Перетворювач енергії текучого середовища додатково містить центральну зірочку і стійки із зірочками, встановлені на кожній платформі, при цьому, зірочки всіх платформ пов'язані ланцюгом з центральної зірочкою, пов'язаної нерухомо з покажчиком напряму (флюгером) або з фіксатором кутового положення.

- КРЕСЛЕННЯ -

ПЕРЕТВОРЮВАЧ ЕНЕРГІЇ ФУНКЦІОНУЄ наступним чином

На фіг.1 представлена ​​узагальнена конструкція однієї платформи, що обертається 2 перетворювача енергії. Для функціонування перетворювача таких платформ 2 повинно бути не менше трьох. Залежно від потужності перетворювача їх кількість може змінюватися від трьох до дванадцяти і більше. Залежно від кількості платформ 2, встановлюється радіус їх обертального руху, конструкція кругової дороги 1, взаємний зв'язок платформ 2 один з одним, а й місце розміщення електрогенератора.

При відносно малих і середніх потужностях перетворювача найбільш прийнятна конструкція, представлена ​​на фіг.2 і фіг.5. У цій конструкції платформи 2 обертаються навколо вала центрального колеса, встановленого в центрі перетворювача. Від центрального вала рух передається електрогенератори або водяного насосу. При цьому обертаються платформи 2 виконуються на надувних колесах, що пересуваються по круговій асфальтованою доріжкою 1. Платформи 2 за допомогою важелів пов'язані з валом центрального колеса і за допомогою сцепок з'єднані один з одним. Перетворювач являє собою єдину конструкцію.

При великих потужностях перетворювач на фіг.1 включає в себе обертові платформи 2, виконані у вигляді вагонетки з електрогенератором, що пересувається по круговій залізниці 1. Платформи 2 вітродвигуна з'єднуються один з одним за допомогою плоских шарнірів жорсткими зчіпками. Залежно від потужності вітродвигуна кількість платформ може змінюватися від трьох і більше. На фіг.9 перетворювач складається з шести платформ.

Кожна платформа на фіг.1 виконана у вигляді візки 2, на якій встановлена ​​вертикальна стійка 3. На стійці 3 встановлена ​​плоска лопать 5 з можливістю вільного обертання (повороту) навколо неї. Верхній кінець стійки 3 за допомогою горизонтального важеля 6 пов'язаний з флюгером 4.

У кореневій частині стійки 3 лопаті 5 встановлений вузол зміни орієнтації та фіксації положення лопаті 7.

На фіг.2 наведена конструкція платформи перетворювача з першим варіантом виконання вузла зміни орієнтації та фіксації положення лопаті 7. Ця конструкція платформи може бути використана у відносно малопотужних вітродвигуна (1-10 кВт), де передбачено ручне або автоматичне зміна ефективної площі лопаті і регулювання швидкості обертання вихідного валу перетворювача енергії.

Платформа вітродвигуна на фіг.2 функціонує наступним чином.

У даній конструкції при обертанні платформ перетворювача по круговій дорозі в точках а і б (див. Фіг.9) лопать 5 змінює своє положення при слабкому вітрі на 90 °. У точці а, лопать стає перпендикулярно вказівником напряму (флюгеру) 4, тобто напрямку вітру. Далі це положення лопаті фіксується на всьому протязі часу руху платформи на активній ділянці траєкторії руху АВБ.

У точці б лопать 5 змінює своє положення. Лопать 5 повертається на 90 ° за годинниковою стрілкою, і площину її стає вздовж напрямку текучого середовища (вітру), тобто збігається з площиною флюгера 4. Такий стан лопаті 5 фіксується і зберігається на всьому протязі руху модуля на пасивному ділянці траєкторії БСА.

Обертається платформа 2 має форму паралелограма, усіченої піраміди або циліндра, через центр якого проходить вертикальна стійка 3 з шарнірно встановленої на ній плоскою лопаткою 5. У верхній частині стійка 3 флюгера 4 переходить в горизонтальний (Г-подібний) важіль 6, до кінця якого прикріплений покажчик напрямку (флюгер) 4. флюгер 4 має форму усіченого конуса чи плоску форму і прикріплений до стійки 3 флюгера і важеля 6. флюгер 4 вказує на напрямок вітру. На наполегливому підшипнику 12 встановлюється втулка 10. На цій запеклій втулці 10 встановлюється плоска лопать 5. Лопасть 5 має можливість вільного обертання навколо стійки 3 флюгера 4. Стійка 3, в свою чергу, і вільно обертається щодо обертової платформи (візки) 2. Для цього , стійку 3 кріплять до верхньої 11 кришці платформи 2 і фланця 9 за допомогою наполегливих підшипників 12 і кришок 13.

Обертається платформа 2 встановлюється на надувних колесах. Число коліс може бути скорочено до двох (або одного). У цьому випадку вони встановлюються як велосипедні колеса - одне за іншим. При цьому, платформа 2 за допомогою стрижня 33 з'єднується з центральним колесом.

На кожній поворотній платформі 2 встановлюється вузол зміни орієнтації та фіксації положення лопаті 7. У цьому вузлі міститься в собі конструктивні елементи 14-25.

Лопать 5 закріплена на настановної втулки 10 і жорстко пов'язана з верхньої зчіпний напівмуфтою 18.

Нижня сцепная полумуфта 17 нерухомо з'єднана з кулачковим диском 14.

Висота зубів напівмуфт (h ₁₎ менше висоти кулачків 15. Нижня сцепная полумуфта 17, нерухомо пов'язана з диском 14, встановлена на стійці 3 рухливого і має можливість вертикального переміщення. Перша циліндрична пружина 22 примусово вводить нижню полумуфту 17 в зчеплення з верхньої напівмуфтою 18. Для забезпечення тільки поступального руху нижньої напівмуфти 17 вона має вертикальний паз 20, за яким ходить направляючий палець 19 (або шпонка). Цей палець 19 (шпонка) жорстко пов'язаний зі стійкою 3 та визначає орієнтацію флюгера 4.

На фіг.2 палець 19 орієнтований під кутом 90 ° щодо направлення флюгера 4.

Таким чином, кутове положення нижньої напівмуфти 17 щодо флюгера 4 не змінюється.

Довжина паза 20 повинна бути більше висоти зубів h ₁ зчіпних полумуфт 17, 18. Пружина 22 повинна забезпечити необхідну силу зчеплення зазначених напівмуфт 17 і 18.

Для забезпечення автоматичного зміни положення лопаті 5 в двох діаметрально протилежних точках а і б траєкторії руху платформи 2 перетворювача використовуються конструктивні елементи 1-32. Нижня полумуфта 17 нерухомо з'єднана з кулачковим диском 14. Кулачки 15 взаємодіють з роликами 16.

При цьому ролики 16 орієнтовані в площині, що проходить через осі стійки 3 і стержня 33, тобто через вісь електрогенератора 94.

При такій орієнтації площини розташування роликів 16 ця площину стає перпендикулярно площині флюгера 4 тільки в двох визначальних точках а і б траєкторії руху платформи по круговій доріжці. Висота кулачкового виступу h ₂ 15 повинна бути більше висоти зубів h ₁ полумуфт 17, 18 без урахування зазору між напівмуфтами.

Нижня полумуфта 17 вільно переміщається вгору-вниз по стійці 3 і подпружинена пружиною 22. Пружина 22 забезпечує зчеплення напівмуфт 17, 18. Поворот лопаті 5 навколо стійки 3 на ± 90 ° досягається за допомогою паза 21 у настановної втулки 10.

Ролики 16 встановлені з діаметрально протилежних сторін на стінках корпусу рухомої платформи 8.

У точках а і б траєкторії руху платформи 2 в результаті взаємодії кулачків 15 з роликами 16 сцепная полумуфта 17 віджимається вниз і виходить із зчеплення з верхньої напівмуфтою 18.

Після цього в результаті взаємодії першого 23 і другого 24 магнітів лопать 5 повертається навколо стійки 3 на 90 ° за годинниковою стрілкою. За допомогою першої циліндричної пружини 22 нижня полумуфта 17 піднімається вгору і знову входить в зчеплення з верхньої напівмуфтою 18.

Таким чином, змінюється орієнтація і фіксується положення лопаті відносно положення флюгера 4 через кожні півоберта обертання платформи 2. У точці а лопать орієнтується перпендикулярно напрямку флюгера 4, а в точці б - вздовж зазначеного напрямку.

У точках а чи б траєкторії руху рухомої платформи 2 положення роликів 16 збігаються з положенням кулачків 15. При цьому кулачки 15 взаємодіють з роликами 16 і віджимають нижню зчіпну полумуфту 17 і виводять її із зачеплення з верхньої напівмуфтою 18.

Взаємодія магнітів 23 і 24 в цей момент призводить до того, що лопать повертається на 90 ° проти годинникової стрілки.

На фіг.9 ділянку кругової доріжки АВБ є активним, а ділянку БСА - пасивним. На активній ділянці лопать 5 орієнтована перпендикулярно напрямку вітру. Тиск вітру на лопаті 5 на активній ділянці АВБ створює крутний момент, що передається через стрижень 33 на центральне колесо. Величина крутного моменту на валу центрального колеса пропорційна швидкості вітру V, площі лопаті S, довжині стрижня 33 - точніше, відстані від осі обертання центрального колеса до осі обертання лопаті 5.

На пасивному ділянці траєкторії руху платформи 2 по круговій доріжці БСА лопаті 5 орієнтоване вздовж напрямку вітру, тобто збігаються з напрямом флюгерів 4. Орієнтація лопатей 5 змінюється автоматично в точках а і б. Ці точки відокремлюють активна ділянка траєкторії руху платформи 2 від пасивного. Зміна напрямку вітру щодо центрального колеса, а отже, і кругової доріжки 1 призведе до того, що точка а й б змістяться по круговій доріжці 1. Активні і пасивні ділянки при цьому і будуть зміщені. При цьому а і б - це точки, де діаметральна лінія, що збігається з напрямком вітру, перетинає кругову доріжку 1, по якій обертаються платформи 2.

Таким чином, при будь-якому напрямку вітру на активної і пасивної половинах кругової доріжки 1 лопаті 5 автоматично орієнтуються таким чином, щоб відбирати максимально можливу кількість вітрової енергії.

Потужність такого перетворювача енергії буде залежати від потужності, що розвивається одиничної платформою 2 і кількості з'єднаних між собою платформ 2.

Найбільш вигідним є варіант, коли вал центрального колеса є валом генератора 94 або водяного насоса. У разі застосування гвинтового водяного насоса немає необхідності в синхронізації швидкості обертання валу центрального колеса перетворювача (вітродвигуна). При використанні перетворювача (вітродвигуна або гідродвигуна) в енергетичних установках необхідно синхронізувати швидкість обертання вихідного вала при зміні швидкості вітру. Для вирішення цього завдання використовується покажчик напрямку (флюгер) конічної форми 4.

При цьому варіанті флюгер 4 і вузол зміни орієнтації та фіксації положення лопаті 7 мають суттєві відмінності від варіанту конструкції платформи 2 з плоским покажчиком напряму (флюгером) 4.

Покажчик напрямку (флюгер) 4 виконаний у вигляді усіченого конуса 59, закріпленого за допомогою радіальних стійок 60 на циліндричній втулці 65. Втулка 65 флюгера 4 встановлюється на горизонтальному трубчатом важелі 64 і має можливість переміщатися вільно від упору 61 до кінця важеля 64. Важіль 64 має на кінці паз 66, за яким вільно ходить стрижень 67. до центру стрижня 67 прив'язаний трос 62. трос 62 проходить по осі горизонтального трубчастого важеля 64 і вертикальної стійки 3. на зламі, де трос 62 з горизонтальної ділянки переходить в вертикальний, встановлений блочок 31 . Кінець троса 62 закріплений зі штоком 30. Шток 30 має можливість вільно ходити по внутрішній порожнині вертикальної стійки 3. При цьому в бічній поверхні штока 30 встановлений стрижень 28, який ходить по похилому пазу у втулці 26 з обмежувальним упором.

Між важелями 32, пов'язаними зі стійкою 3 флюгера 4 і втулкою 26, встановлена ​​пружина 29, яка працює на розтяг.

Підпружинений через палець 27 шток 30 розтягує трос 62, який проходить вільно через отвір у впертій шайбі і притискає флюгер 4 до упору 61. Торцеві поверхні флюгера 4 конічної форми 59 відкриті для вітру. Тиск вітру на бічні поверхні флюгера 4 змушує флюгер 4 за допомогою горизонтального важеля 64 орієнтуватися у напрямку вітру. При цьому відомо, що флюгер 4, що має форму усіченого конуса 59, більш чутливий до тиску вітру, ніж плоский. Ефективна площа флюгера 4 дорівнює різниці площ нижньої і верхньої торцевих поверхонь усіченого конуса:

S _еф = _S H -S b = p R ² - p r ² = p (R ² -r ^2),

де R і r - радіуси нижньої і верхньої торцевих поверхонь конуса флюгера 4.

При підвищенні швидкості вітру, під його тиском, флюгер 59 переміщається по горизонтальному важеля 64, стрижень 67 при цьому ходить по пазу 66 і тягне за собою трос 62 і пов'язаний з ним шток 30. При цьому стрижень поворотний 28 переміщається по похилому пазу в стійці 3 . Взаємодія стрижня 28 з похилим пазом перетворює поступальний рух штока 30, а отже, і флюгера 4 в пропорційне обертальний рух пальця навколо осі стійки 3.

Стрижень поворотний 28 ходить по вертикальному пазу у втулці 26 з обмежувальним упором. Взаємодія стрижня 28 з пазом у втулці 26 призводить до повороту його навколо вертикальної осі в межах 0-90 °.

Шляхом підбору геометричних параметрів флюгера 4, параметрів пружини 29, довжин важелів 32 і нахилу регулювального паза, а й висоти втулки 26, можливо налаштувати перетворювач (вітродвигун) так, щоб він синхронізував швидкість обертання валу в широкому діапазоні зміни швидкості вітру (4-40 м / с).

На стійці 3 шарнірно встановлена ​​втулка 10 для кріплення лопаті 5. Плоскі лопаті 5 кріпляться до втулки 10 нерухомо. Шарніри можуть бути виконані у вигляді наполегливих підшипників 12.

Так як лопаті 5 обертаються навколо стійок 3 в межах 0-90 °, у втулці 10 прорізаний паз 21 по окружності 90 °. Палець обмежувача 19 нерухомо закріплений в стійці 3 і ходить по пазу 21, обмежуючи відносний поворот лопаті 5.

Перший магніт 23 (N _л -S _л) встановлено нерухомо на настановної втулки 10 лопаті 5 в кореневій частині. Цей магніт 23 взаємодіє з другим магнітом (N _в -S _в) 24, пов'язаним з платформою 2 і нерухомо.

Зміна орієнтації лопаті 5 відбувається в результаті взаємодії зазначених магнітів 23, 24 в точках а і б траєкторії руху платформи 2 по круговій доріжці 1.

На активному і пасивному ділянках руху платформи 2 положення лопаті 5 фіксуються і не змінюються. На активній ділянці лопать 5 орієнтується перпендикулярно напрямку вітру, а на пасивному - збігається з напрямком флюгера 4, а отже, з напрямком вітру.

Для фіксації положення лопаті використовуються напівмуфти зчіпні 17, 18.

Верхня сцепная полумуфта 18 жорстко пов'язана з лопатою 5 і першим магнітом 23. Нижня сцепная полумуфта 17 за допомогою пружини 22 вводиться в зчеплення з верхньої напівмуфтою 18 і фіксується положення лопаті 5 щодо площини флюгера 4. Для зміщення нижньої зчіпний напівмуфти 17 вгору-вниз призначений вертикальний направляючий паз 20, за яким ходить направляючий палець 19. палець 19 нерухомо пов'язаний зі стійкою 3 та орієнтований відносно площини флюгера 4 під кутом 90 °. У цій же площині знаходяться кулачки 15 і встановлені два ролика 16.

При переміщенні платформи 2 по круговій доріжці 1 двічі за період обертання в точках а і б кулачки 15 взаємодіють з роликами 16, встановленими шарнірно на корпусі 8 платформи 2.

У діаметрально протилежних точках а і б траєкторії руху платформи орієнтація другого магніту 24, нерухомо встановленого на блюдце 25 платформи 2, змінюється на протилежну. Піддонник 25 виготовляють з немагнітного матеріалу.

У зазначених точках ролики 16 взаємодіють з кулачками 15 диска 14 і віджимають зчіпну нижню платформу 17 і виводять її з зчеплення з верхньої напівмуфтою 18.

У точці а (див. Фіг.7) взаємодія другого магніту 24 (N _в -S _в) з першим 23 (N _л -S _л) призводить до того, що лопать 5 встановлюється в положення, яке визначається орієнтацією обмежувального упору у втулці з пазом 26 і паза 21 у втулці 10. Орієнтація упору у втулці 26, в свою чергу, залежить від швидкості вітру. Чим більше швидкість вітру, тим більше кут повороту втулки з пазом і обмежувальним упором 26 від нейтрального положення, що відповідає мінімальній швидкості вітру. Така система орієнтації лопаті 5 забезпечує автоматичну зміну ефективної площі лопаті 5 залежно від швидкості вітру. При слабкому вітрі площину лопаті 5 перпендикулярна площині орієнтації флюгера 4. З ростом швидкості вітру ефективна площа лопаті 5 зменшується. Регулюючи площа конічної поверхні флюгера 4, жорсткість пружини 29, нахил і форму паза в стійці 3 і довжину важелів 32, можливо синхронізувати швидкість обертання вихідного вала вітродвигуна при зміні швидкості вітру в широкому діапазоні.

Як тільки кулачки 15 зміщуються щодо положення роликів 16, пружина 22 вводить нижню полумуфту 17 в зчеплення з верхньої 18, і положення лопаті щодо флюгера фіксується на всьому протязі активного ділянки АВБ.

У точці б траєкторії руху платформи кулачки 15 знову наштовхуються на ролики 16 і віджимають нижню полумуфту 17. Висота кулачків 15 повинна бути такою, щоб вивести напівмуфти 17 і 18 з зчеплення один з одним.

Другий магніт 24 (N _в -N _в) взаємодіє в точці 5 з першим магнітом 23 (N _л -S _л). Така взаємодія магнітів 23, 24 призводить до того, що лопать 5 встановлюється в площині орієнтації флюгера 4. Така орієнтація лопаті 5 фіксується і зберігається на всьому протязі шляху на пасивному ділянці БСА траєкторії руху платформи 2.

У точках в і з орієнтація магнітів 23, 24 відносно один одного особливої ​​ролі не грає, тому що орієнтація лопаті 5 щодо флюгера 4 фіксується вузлом фіксації положення 7, а саме зчіпними напівмуфтами 17, 18.

Таким чином, зміна орієнтації площини лопаті 5 щодо направлення флюгера 4, а отже, і напрямку вітру на всьому протязі активного і пасивного ділянок забезпечує максимальний відбір енергії вітру.

Установка лопаті 5 перпендикулярно напрямку вітру при малій швидкості забезпечує високу чутливість до слабких потокам вітру, що підвищує продуктивність. Управління лопатою по релейного схемою перемикання "0" або "1" є енергетично найвигіднішим, тому використовується для управління космічним сонячним вітрилом.

При кожному повороті платформи 2 навколо центрального валу на 180 ° в точках а і б траєкторії руху платформи 2 лопаті 5 повертаються навколо своїх осей на 90 °.

Для забезпечення такого повороту використовуються напівмуфти 109, 110, друга пружина 107, обмежувальні важелі 104, які взаємодіють з обмежувальні упорами 106, встановленими на кулачковому диску 14.

Обмежувальні важелі 104 встановлені нерухомо на першій верхній напівмуфті 18 в площині лопаті 5, симетрично осі її обертання. На кінцях обмежувальних важелів 104 встановлені спеціальні механізми (наконечники), що забезпечують підйом і спуск висувних пальців обмежувальних 130. Над важелями 104 встановлена ​​циліндрична друга пружина 107. Ця пружина 107 працює на закрутку і на стиск. Нижній кінець цієї пружини 107 пов'язаний з диском зчеплення жорстко встановленим на другий верхній напівмуфті. Нижня друга полумуфта з'єднана нерухомо з важелями 104, а отже, з лопатою 5.

Верхній кінець другої пружини 107 взаємодіє з кришкою 11 платформи 2.

При обертанні платформи 2 навколо центрального колеса напівмуфти 109 і 110 знаходяться в зчепленні між собою.

Протягом напівперіоду обертання платформи 2 на активному (АВБ) і пасивному (БСА) ділянках траєкторії руху відбувається закрутка другий пружини в точках а і б. Тоді зчіпні напівмуфти 109 і 110 виходять з зчеплення, заведена на 180 ° пружина обертає лопать 5 навколо вертикальної стійки 3 на кут + 90 °. Для обмеження кута повороту лопаті 5 використовуються важелі 104 і обмежувальні упори 106.

Обмежувальні упори 106 (4 шт.) Встановлюються на диску з кулачками 14 через 90 ° один від одного. Виступ завзятий 122 обмежувача взаємодіє з висувним обмежувальним пальцем 130 важеля і обмежує поворот лопаті 5 через кожні 90 °. Це відбувається в момент, коли перші зчіпні напівмуфти 17 і 18 ще не увійшли в зчеплення один з одним.

Висота наполегливої ​​виступу 130 незначно менше висоти кулачків 15.

Клиноподібний виступ 123 обмежувача забезпечує плавне висування пальця 130. Палець 130 приймає два фіксованих положення. Пальцем 130 служить нижній наконечник штока 121 (137). Шток 121 (137) при цьому ходить у внутрішній порожнині склянки 120 і за допомогою третьої (п'ятої) пружини 131 (141) приймає крайнє нижнє положення.

Для установки і фіксації положення механізму висування пальця 130 склянку 120 (136) має прямокутний торцевідний виступ 127, а обмежувальний упор 106 нерухомо пов'язаний болтом 125 з прямокутним наконечником.

Для фіксації висувного пальця 130 в верхньому положенні стакан 120 і шток 121 мають наскрізне поперечний отвір, орієнтоване уздовж осі важеля 104. У цьому отворі встановлюються четверта пружина 135 і з двох сторін - симетрично-висувні ролики 133 і кульки 132. Щоб не випали кульки 132 із зовнішнього боку, отвір в склянці 120 (136) має бути злегка завальцован. Діаметр кульок 132 повинен дорівнювати товщині стінки склянки 120 (136) плюс ширина зазору між втулкою і бічними вушками 124 обмежувального упору 106. При таких розмірах кульок 132, коли наконечник важеля 104 (стакан 120) проходить між бічними вушками 124 упору, висувні ролики 133 віджимаються і шток 121 під дією третьої пружини 131 переходить в нижнє положення. При цьому висувною палець 130 опускається на товщину наполегливої ​​виступу 120. Клиноподібний виступ 123 упору забезпечує плавне висування пальця 130. У момент, коли ще ролики 16 знаходяться у взаємодії з кулачками 15, заведена друга пружина 107 переводить лопать 5 в нове положення, тобто . повертає його на 90 °. Що знаходиться в цей момент в нижньому положенні палець 130 впирається в виступ завзятий 122. Потім, коли кулачковий диск піднімається, перші напівмуфти 17, 18 увійдуть до зчеплення один з одним. При цьому висувною палець 130 під впливом кулачкового диска 16 переходить у верхнє положення, яке фіксується висувними роликами 133. Підпружинені ролики 133 віджимають кульки 132 і затуплений їх кінці входять в стінки отвору в склянці 120. Верхнє фіксоване положення штока 121, отже, і пальця 130 зберігається до моменту, поки знову кулачки 15 не ввійдуть у взаємодію з роликами 16 і не виведуть перші напівмуфти 17 і 18 з зчеплення один з одним. При цьому завзятий виступ 122 опускається вниз і стакан 120 з піднесеним обмежувальним пальцем 130 вільно проходить між бічними вушками 124 обмежувального упору 106.

Бічні вушка 124 віджимають обидві кульки 132 і висувні ролики 133 і виходять з зчеплення зі стінками склянки 120. Під впливом третьої пружини 131 шток 121 переходить в нижнє положення. Це положення штока регулюється гайкою 126. Торцевий виступ 127 і прямокутний перетин верхнього кінця штока 121 задають необхідну орієнтацію віджимних кульок 132 щодо бічних вушок 124. Таким чином, ролики висувні 133 фіксують верхнє положення обмежувального пальця 130.

Закручена на 180 ° друга пружина 107 розгортає лопать на 90 °. Для зняття залишкової напруги другий пружини 107 необхідно повернути зчіпний диск у зворотний бік на 90 °.

Для цього необхідно примусово вивести другі зчіпні напівмуфти 109, 110 із зачеплення один з одним. Це повинно бути здійснено в той момент, коли кулачки 15 виходять з контакту з роликами 16 і диск, під впливом правої пружини 22, піднімається у верхнє положення. При цьому пальці-штовхачі 111 піднімуть диск зчеплення 108 і пов'язану з ним нерухомо другу верхню зчіпну полумуфту 109. Заведена (закручена) до цього моменту часу на 90 ° друга пружина 107 обертає диск 108 в зворотну сторону. Пружина 107 переходить в нейтральне стан. Кінці пальців-штовхачів 111 з підшипниками 112 потопають в двох отворах 144 диска зчеплення 108. Товщина диска h повинна бути дорівнює висоті кулачків 15, висоті наполегливої ​​виступу 122 і висоті зубів першої і другої зчіпних муфт 17, 18. Для забезпечення плавності крутіння і спуску зчіпного диска 108 на кінцях пальців-штовхачів 111 можуть бути встановлені підшипники 142, і диск 108 повинен мати близько отвори 144 клиновидное перетин 145. Механізм підіймання та висування пальця 130. Шток 137 переміщається всередині другого склянки 136 вгору-вниз. Пальцем 130 служить нижній наконечник штока 137. Верхній кінець штока 137 має прямокутний перетин. Таке ж перетин має отвір у другому склянці 136, що забезпечують притиск засувок 139 до виступів усередині склянки 136. Засувки 139 фіксують верхнє положення обмежувального пальця 130. Коли кінці важеля 104 проходять між бічними вушками 124 обмежувача, кнопки 138 з двох сторін підтискають плоскі пружини 140 і закріплені на їх кінцях засувки 139. Під дією п'ятої пружини 141 шток 137 опускається в крайнє нижнє положення. Це положення встановлюється за допомогою регулювальної гайки 126. Кінець пальця 130 висувається на величину, рівну висоті наполегливої ​​виступу 122, кулачків 15 і зубів першої і другої зчіпних муфт 17, 18.

Після відходу кулачків 15 і роликів 16 під дією першої пружини 22 кулачковий диск 14 піднімається вгору. Напівмуфти 17, 18 входять в зачеплення один з одним і фіксують положення лопаті 5. Висувний палець 130 спирається в виступ 122 і обмежує кут повороту лопаті 5 через кожні 90 °.

Під впливом кулачкового диска 14 підпружинений шток 137 піднімається вгору і засувки 139 фіксують це положення.

Пальці-штовхачі 143, які є верхніми кінцями штоків, піднімають диск зчеплення 108 з двома отворами 144 вгору. При цьому другі зчіпні напівмуфти 109, 110 виходять з зчеплення один з одним. Закручена на 90 ° друга пружина 107 повертає диск 108 в зворотну сторону на кут 90 °. Для зменшення втрат на тертя, на кінцях пальців-штовхачів 143 можуть бути встановлені підшипники.

Після того як друга пружина 107 ухвалить нейтральне положення, диск 108 повинен опуститися вниз на величину, рівну висоті кулачків 15. Для цього диск 108 має два отвори 144, розташованих на діаметрально протилежних сторонах, в яких повинні потопати кінці пальців-штовхачів 143 з підшипниками 142 . Товщина диска 108 повинна дорівнювати висоті кулачків h. Для забезпечення плавності при опусканні диска 108 з боку переміщення пальців-штовхачів 143 до отворів 144 перетину диска 128 надають клиноподібну форму 145.

Після того як диск 108 опуститься в нижнє положення, другі зчіпні напівмуфти 109, 110 входять в зчеплення один з одним. З цього моменту починається закрутка (заведенням) другий пружини 107.

Друга пружина 107 одночасно працює як на закрутку, так і на стиск. Під дією цієї пружини диск зчеплення 108 з верхньої напівмуфтою 109 постійно притискається до кінців пальців-штовхачів підшипниками 112.

Перша пружина, яка працює на стиск, вводить в зчеплення нижню і верхню напівмуфти 17, 18 і виводить з зчеплення другі верхню і нижню напівмуфти 109, 110. На фіг.28 показані положення лівого (Л) і правого (П) 144 отворів диска і орієнтація лопаті 5 після кожного циклу взаємодії кулачків з роликами 16. Нижній кінець другої пружини 107 входить в отвір 146 диска зчеплення 108.

Як видно по фігурам, після кожного циклу лопать змінює свою орієнтацію, повертається на 90 ° за годинниковою стрілкою, тобто у напрямку обертання платформи. На активній ділянці (абв) лопать орієнтована перпендикулярно напрямку вітру (флюгера), а на пасивному (БСА) - вздовж зазначеного напрямку.

Для регулювання швидкості обертання вихідного вала перетворювача при зміні швидкості течії середовища (вітру або води) може бути використаний покажчик напрямку течії (флюгер) конічної форми 4. Принцип роботи флюгера викладено вище. Відмінність полягає в тому, що при зростанні швидкості течії середовища (вітру) втулка, на якій закріплена лопать 5 і встановлені зчіпні напівмуфти і важелі, повертається щодо площини флюгера (пальця 19) на кут до 45 °. Чим більше швидкість течії середовища, тим більше кут повороту.

Причому лопать 5 встановлюється під кутом до напрямку вітру як на активній ділянці траєкторії руху платформи 2 (абв), так і на пасивному (БСА).

Підбираючи силу натягу пружини 118 довжину важелів 116, 18 і величину зміщення флюгера 4, можливо синхронізувати (регулювати) швидкість обертання вихідного валу перетворювача в широкому діапазоні зміни швидкості течії середовища (вітру). При ураганному вітрі кут повороту буде дорівнює 45 °. Ефективні площі лопатей 5 на активному і пасивному ділянках стають рівними один одному і відповідає величині S _е = S ₀ · cos · 45 °. Двигун при цьому зупиняється, відбувається самоторможіння.

Для перетворення поздовжнього руху флюгера 4 в обертальний рух втулки з лопатою 5 використовується наступне. Другий важіль 117 нерухомо з'єднаний з сердечником 115. Перший важіль 116, на кінці якої встановлений блочок 119, пов'язаний нерухомо зі стійкою 3 флюгера 4. Пружина флюгера 118, яка працює на розтяг, одним кінцем пов'язана з кінцем другого важеля 117, іншим кінцем - з горизонтальним важелем флюгера 4. Пружина 118 забезпечує натяг троса 62 і поворот другого важеля 117 до упору. У цьому положенні важеля 117, орієнтованого в порожнині лопаті 5, останній встановлюється перпендикулярно напрямку вітру. З ростом швидкості вітру флюгер 4 за допомогою троса 62 повертає перший важіль 116 і пов'язану з ним лопать 5 на кут j. Цей кут може змінюватися від 0 до 45 °.

Покажчики напрямку течії (флюгера) 4, виконані у вигляді усіченого конуса (або плоскі), можуть бути встановлені тільки на двох діаметрально протилежних платформах (візках) (див. Фіг.32). В цьому випадку сили тиску текучого середовища на флюгера 4 створюють моменти обертання однакового розміру протилежних знаків, які компенсують один одного.

Осі обертання вказаних двох флюгерів 4, пов'язаних зі своїми зірочками, за допомогою ланцюга передають обертання синхронно на всі інші зірочки. Тим самим зберігається орієнтація пальця 19, а отже, і площині знаходження кулачків 15 щодо напрямку вітру (або води). Дані конструктивні перетворення істотно спрощують перетворювач енергії і знижують його матеріаломісткість і собівартість.

Конструкція вузла зміни орієнтації та фіксації положення лопаті (другий варіант) (див. Фіг.4) відрізняється від першого варіанту, приведеного на фіг.2, тим, що лопать 5 розділена на дві рівні половини. Вони встановлені вертикально і симетрично щодо стійки 3 покажчика напрямку течії середовища (флюгера) 4.

Цей варіант не передбачає регулювання швидкості обертання вихідного вала при зміні швидкості течії середовища (вітру). Лопаті 5 встановлюються по релейного схемою "0" або "1", тобто на активній ділянці абв обидві половини лопаті 5 встановлюються перпендикулярно напрямку вітру, а на пасивному БСА - уздовж зазначеного напрямку.

Принцип зміни орієнтації кожної з половин лопаті аналогічний тому, що викладено вище при описі конструкції по фіг.2.

Різниця полягає в конструкції вузла зміни орієнтації та фіксації положення лопаті 7.

У кореневій частині стійки 3 покажчика напрямку (флюгера) 4 нерухомо встановлена ​​горизонтальна підпірна планка 37. На кінцях даної планки симетрично стійці 3 покажчика напрямку 4 встановлені жорстко обидві вертикальні стійки для двох половин лопаті 5. При цьому кожна з половин лопаті 5 нерухомо з'єднана з опорною втулкою 45, шарнірно встановленої на відповідній стійці. Кожна половина лопаті 5 має можливість повороту до 90 ° назустріч один одному, і навпаки (див. Фіг.9). Для цієї мети використовується спеціальна попередня орієнтація магнітів 49 і 50, встановлених в кореневій частині опорних втулок правої і лівої половин лопатей 5 і на підставі платформи 2 (див. Фіг.17).

Для обмеження кута повороту втулок 45 (лопатей) на кут ± 90 ° навколо осей обертання 38 використовуються кронштейни спеціальної форми, які взаємодіють з упорами на кінцях підпірної планки 37 (див. Фіг.10).

Зміна орієнтації кожної з половин лопаті 5 здійснюється в точках а і б траєкторії руху платформи 2 (фіг.9). Для цієї мети використовується диск 42 з двома кулачками 43, розташованими на діаметрально протилежних сторонах. З цим диском нерухомо з'єднані нижні зчіпні напівмуфти 47. Верхні зчіпні напівмуфти 46 нерухомо пов'язані з опорними втулками 45, на яких встановлені нерухомо перша і друга половини лопатей 5. Друга циліндрична пружина 41, встановлена ​​між підпірною планкою 37 і диском 42, вводить напівмуфти 46 і 47 в зчеплення один з одним і фіксує положення половинок лопаті 6 на всьому протязі руху платформи 2 на активному і пасивному ділянках траєкторії. Зміна орієнтації двох половин лопаті 5 здійснюється в точках а і б траєкторії руху.

У зазначених точках кулачки 43 взаємодіють з роликами 44, що обертаються навколо своїх осей. Висота кулачків 43 повинна бути більше висоти зубів зчіпних полумуфт 46 і 47. Взаємодія кулачків 43 з роликами 44 виводить напівмуфти з зчеплення один з одним. У цей момент магніти 50, встановлені на підставі рухомої платформи, виявляться під магнітами 49, пов'язаними з правої і лівої половинами лопаті 5 (див. Фіг.17).

Щоб забезпечити необхідне зустрічний напрямок обертання лівої і правої половин лопаті 5, магніти 49 і 50 встановлюються під невеликим кутом (15 ° -30 °) один до одного.

Через полперіода обертання платформи 2 в точці б магніти 50 (N _в -S _в), встановлені на платформі 2 (вагонетці), змінюють свою орієнтацію на протилежну, а магніти, пов'язані з лопатями (N _л -S _л), зберігають колишню орієнтацію.

Взаємодія зазначених магнітів 49, 50 один з одним призводить до того, що половини лопаті 5 повертаються в протилежних напрямках і встановлюються паралельно один одному уздовж напрямку вітру.

Флюгер 4 може мати форму як плоску, так і конічну. Спільно з покажчиком напряму (флюгером) 4 зберігає свою орієнтацію щодо напрямку вітру підпірна планка 37 і обертається відносно корпусу платформи диск 34. Цей диск 34 обертається на роликах (або кульках) по кришці платформи 35, яка має круглу технологічну виточення для складання вузла орієнтації і фіксації положення лопаті 7.

На фіг.5 представлений третій варіант виконання вузла 7 зміни орієнтації та фіксації 7 положення лопаті 5. У цьому варіанті в зазначений вузол 7 введені додаткові ознаки 51-58. Крім того, покажчик напрямку течії (флюгер) 4 виконаний у вигляді усіченого конуса, встановленого на горизонтальному важелі 6 з можливістю поздовжнього зсуву в залежності від швидкості вітру.

Даний варіант конструкції платформи 2 дозволяє автоматично регулювати швидкість обертання вихідного валу перетворювача при зміні швидкості течії середовища (вітру).

Регулювання швидкості обертання вихідного вала перетворювача здійснюється шляхом зміни ефективної площі лопаті 5 залежно від швидкості течії середовища (вітру). Чим більше швидкість вітру, тим менше повинна бути ефективна площа лопаті 5.

Таке регулювання досягається тим, що конічний флюгер, аналогічно першому варіанту конструкції платформи, за допомогою троса 62 підтягує вгору штангу 53. При слабкому вітрі третя циліндрична пружина 52, встановлена ​​на втулці-подпятнике 51, зміщує штангу 53 по вертикальному пазу 54 в крайнє нижнє положення . Кінці штанги 53 переміщаються по похилих пазах 56 в лівому і правому барабанах 55. Взаємодія штанги 53 з похилими пазами 56 барабанів 55 призводить до повороту останніх навколо осей 38. З-за кордону в напрямках пазів 58 поворот лівого і правого барабанів 55 відбувається під взаємно протилежних напрямках. При цьому чим більше швидкість вітру, тим більше кут повороту барабанів 55 щодо початкового (нульового) положення. У нижніх торцях барабанів 55 є обмежувальні пази 58. Ці пази 58 охоплюють 90 ° по колу нижнього торця кожного барабана 55. За обмежувального пазу 58 переміщається кінець Г-образного обмежувального пальця 57. Інший кінець обмежувального пальця 57 нерухомо пов'язаний з верхньої напівмуфтою 46 і відповідної опорної втулкою 45 половинки лопаті 5.

Це призводить до того, що кожна половина лопаті 5 повертається навколо своєї осі не так на 90 °, а менше. Таким чином, ліва і права половини лопаті 5 встановлюються під кутом один до одного. Ефективна площа лопаті 5, перпендикулярна напряму вітру, зменшується. Таким чином, ефективна площа лопаті 5 змінюється обернено пропорційно швидкості вітру.

Коли немає необхідності в автоматичному регулюванні швидкості обертання вихідного вала перетворювача, наприклад, при перетворенні енергії води річки, конструкцію вузла можна істотно спростити.

Флюгер 4 можна виконати плоским і нерухомим. Кінець троса 62 можна закріпити до штоку, встановленому по внутрішній порожнині вертикальної стійки 3, зі стопорним гвинтом. Гвинт з штоком переміщаються по вертикальному пазу і задають необхідну швидкість обертання вихідного валу перетворювача, змінюючи ефективну площу двох половин лопаті 5. На вертикальний паз може бути нанесена спеціальна шкала встановлюється робочої швидкості текучого середовища (вітру).

Для регулювання швидкості обертання вихідного вала перетворювача замість конічного флюгера в конструкціях на фіг.2 і 4 може бути використаний класичний відцентровий регулятор швидкості обертання (фіг.7).

Обертальний рух коліс 78 платформи 2 за допомогою пари конічних шестерень 77, вертикального, горизонтального стрижнів 76 і диска 69 передається відцентровому регулятору швидкості обертання 68. Внутрішня нерухома обойма підшипника 79, на якій встановлений регулятор швидкості, закріплена на торці вертикальної стійки 3.

Повзунок 70 на регуляторі 68 вільно переміщається по стійці 3. повзунок 70 має паз, через який проходить палець 71.

При зміщенні повзунка 70 вгору-вниз палець 71 переміщається по вертикальному пазу 72. Щоб пропустити стрижень 76 через центр вертикальної стійки 3, палець 71 розрізаний на дві половинки і пропущений через втулку 73. Через аналогічну втулку 74 проходять дві половини штанги 53 (фіг.5 ). Втулки 73 і 74 з'єднані один з одним за допомогою тросів 75. При підвищенні швидкості вітру збільшується швидкість обертання коліс 78, що призводить до збільшення швидкості обертання відцентрового регулятора 68 і переміщення повзунка 70 вгору. Повзунок 70 тягне вгору пов'язану з ним штангу 53. Штанга 53, в свою чергу, впливаючи через барабани 55 на ліву і праву половини лопаті 5, змінює їх ефективну площу. Таким чином, аналогічно варіанту з флюгером 4 в формі усіченого конуса (див. Фіг.5), відбувається автоматичне регулювання швидкості обертання вихідного вала перетворювача енергії.

Конструкція перетворювача енергії дозволяє використовувати його для перетворення енергії текучої води річки або хвиль моря. На фіг.8 представлена ​​конструкція вітродвигуна, встановлена ​​в річці або морі.

Запекла стійка 81, вмонтована в бетонний блок, встановлюється на дні річки або моря. Висувна стійка 82 дозволяє регулювати висоту установки лопатей 5 перетворювача. Над наполегливим підшипником 83 встановлені підпірки 84 для кожної платформи 2 окремо. Вузли зміни орієнтації та фіксації положення лопаті 7 розміщені всередині герметичних корпусів 92 обтічної форми.

Центральний вал 85 насаджений на вертикальну стійку 3 і з'єднаний горизонтальними важелями з герметичними корпусами 92. Герметичність корпусів полегшує їх вага і захищає від корозії встановлені всередині елементи конструкції. Для регулювання швидкості обертання можуть бути використані відцентрові регулятори швидкості обертання.

Для передачі енергії обертального руху вихідного вала 85 на електрогенератор 94 (або насос) використовуються ведуча 86 і ведена 87 конічні шестерні. Електрогенератор 94 встановлений на підставці 93, приварений до торця висувною стійки 82.

Для передачі обертання на відцентровий регулятор швидкості 68 використовуються пари конічних шестерень 88, 89, 90 і стрижень 91. В іншому регулювання швидкості обертання здійснюється аналогічно конструкції, представленої на фіг.7 і фіг.5.

Представлена ​​на фіг.8 конструкція перетворювача енергії дозволяє підвісити його над течією річки, опустивши в течію річки тільки лопаті.

Принцип роботи шостого варіанту конструкції вузла зміни орієнтації та фіксації положення лопаті на фіг.33 відрізняється тим, що для зміни орієнтації лопаті використовується обертання платформи 2 навколо центральної осі перетворювача (див. Фіг.31, фіг.32).

На фіг.26 принципова відмінність полягає в тому, що для зміни орієнтації двох половинок лопаті 5 замість взаємодії магнітів 49, 50 використовується енергія закрутки другий пружини 164.

Внутрішні зірочки 158 встановлені замість верхніх магнітів 49 співвісно осях обертання половинок лопаті 5. На осі обертання опорної планки 37 шарнірно встановлені нерухомо з'єднані один з одним верхня 159, нижня 160 полузвездочкі і диск зчеплення 161.

Зірочки 158 за допомогою внутрішньої ланцюга 162 взаємодіють з полузвездочкамі 159 і 160. При цьому полузвездочкі 159, 160 орієнтовані відносно один одного так, що коли входить в зачеплення з ланцюгом 162 верхня полузвездочка 159, нижня 160 знаходиться в нейтральному (відключеному) положенні, і навпаки .

Верхня і нижня полузвездочкі встановлені на різних рівнях один над одним. Зірочки доповнюють один одного до повного кола (див. Фіг.34). При цьому ланцюг охоплює першу і другу зірочки і полузвездочкі 159-160 так, що при обертанні диска зчеплення 161, а отже, і полузвездочек 159-160 за годинниковою стрілкою, внутрішні зірочки обертаються в протилежних напрямках.

На фіг.34 показаний вид зверху на кінематичну зв'язок між зірочками і полузвездочкамі за допомогою ланцюга 162. Ланцюг приймає форму Ґ. Полузвездочкі по черзі входять у зачеплення з ланцюгом 162. При цьому в точках а і б траєкторії руху платформи 2 змінюється напрямок обертання ланцюга 162 на протилежне.

При обертанні платформи 2 навколо центрального колеса (або вертикальної стійки) відбувається закрутка другий пружини 164 на 180 ° щодо зчіпного диска 161. Поєднуючий диск 161 нерухомо пов'язаний з полузвездочкамі.

У точках а і б, де межують активні і пасивні ділянки траєкторії руху платформи 2, через взаємодію кулачків 43 з віджимними роликами 44 зчіпні напівмуфти 46, 47 виходять з зчеплення один з одним. У цей момент змінюється напрямок обертання ланцюга 162 і відбувається зміна орієнтації двох половин лопаті 5.

Кожна з половинок лопаті 5 обертається навколо своєї осі в протилежних напрямках на кут 90 °. Для цього необхідно, щоб діаметр зірочок (Д) був в два рази більше, ніж діаметр полузвездочек (d), тобто Д = 2d.

Закручена пружинка 164 забезпечує необхідне переключення і плавність переходу половинок лопаті в нове положення. На осі обертання 166 опорної планки 37 (флюгера) 4 нерухомо встановлена ​​зовнішня зірочка 165.

За допомогою зовнішньої ланцюга 163 зірочки всіх платформ 2 з'єднуються один з одним (див. Фіг.31). У цьому випадку відпадає необхідність у встановленні флюгера 4 на кожній платформі 2. Флюгери 4 можуть бути встановлені тільки на двох діаметрально протилежних платформах 2 (див. Фіг.32).

Якщо напрямок течії середовища постійне і не змінюється в часі (наприклад, напрямок течії річки), то немає взагалі необхідності в установці покажчика напрямку (флюгера). У цьому випадку напрямок і швидкість течії середовища можуть бути задані за допомогою покажчика кута повороту лопаті 155 і фіксатора 154 (див. Фіг.30).

У загальному випадку, коли швидкість течії середовища змінюється, для стабілізації швидкості обертання вихідного вала перетворювача може бути використаний флюгер конічної форми і конструкції на фіг.2, 5 і 14.

Крім того, для стабілізації швидкості обертання вихідного вала перетворювача енергії може бути використаний класичний регулятор швидкості обертання на фіг.7, який взаємодіє з гідравлічною гальмівною системою, подібної гальмівній системі автомобіля. У разі зміни сили гальмування системи від величини зсуву повзунка 70 регулятора швидкості можливо синхронізувати швидкість обертання вихідного валу перетворювача в широкому діапазоні зміни швидкості течії середовища.

Конструкція вузла зміни орієнтації та фіксації положення лопаті на фіг.29 заснована на застосуванні односекційний цільної лопаті, аналогічно четвертому варіанту, представленого на Фіг.14.

Перетворювач енергії містить нерухому металеву стійку 167. Стійка необхідна, щоб підняти перетворювач енергії на безпечну висоту.

Вся конструкція перетворювача обертається на кільці настановної 168 і наполегливому підшипнику 169. Провідна шестерня 170 встановлюється над наполегливим підшипником і з'єднана нерухомо з горизонтальними віялоподібними опорами 172.

На фіг.28 перетворювач містить шість горизонтальних опор, встановлених віялоподібно через 60 ° один від одного. До кінців опор зварені підпірки 173. На цих підпорах 173 встановлені нерухомо корпусу платформ 174. Для стійкості конструкції перетворювача корпусу платформ 174 з'єднані з центральною стійкою за допомогою горизонтальних опор 175, розташованих і віялоподібно, які з'єднуються шарнірно зі стійкою 3 флюгера 4. Для цієї мети використовується підшипник 176.

Обертання платформ 2 за допомогою провідною і відомою шестерень 171 передається через редуктор на генератор (або насос) 177.

У кореневій частині стійки флюгера 3 встановлений покажчик напрямку течії середовища 178 (кута орієнтації флюгера), а й фіксатор кутового положення 179.

Вони необхідні, якщо напрямок течії середовища постійне. Цей напрямок можна встановити один раз і зафіксувати. У цьому випадку немає необхідності в установці флюгера 4.

Коли напрямок течії середовища змінюється, флюгер 4 повертається і встановлюється вздовж цього напрямку.

Вздовж напрямку флюгера 4 встановлюються і закріплені нерухомо на стійці 3 коромисло 180 і пов'язані з ним перші (нижні) зірочки 181 і перша (нижня) ланцюг 182. Центральна перша зірочка 183 і нерухомо закріплена на стійці 3.

Центри перших нижніх зірочок 181 завжди збігаються з положенням точок а і б, де відбувається зміна орієнтації лопаті 5.

Незалежно від числа пар обертових платформ 2 перетворювач енергії забезпечується тільки одним коромислом 180 і однією парою зірочок 181.

Таке ж спрощення конструкції можна досягти, використовуючи одне коромисло в конструкціях на фіг.2, 4, 5, де для зміни орієнтації лопаті (їй) використовуються магніти (див. Фіг.38).

Головка коромисла 180 на фіг.29 містить стакан 184, всередині якого встановлені шток 185 і пружина перша 186. Нижній кінець штока 185 має прямокутний перетин, яке запобігає кутовий зсув і забезпечує тільки поступальний рух подпружиненного штока 185. На нижньому кінці штока 185 нерухомо встановлена ​​зірочка 181, а на верхньому - друга нижня сцепная полумуфта 187. Верхня друга сцепная полумуфта 188 за допомогою кронштейна 189 з'єднується з втулкою настановної 45, на якій закріплена лопать 5.

Муфти зчіпні 188 використовувані першій-ліпшій нагоді конструкції перетворювача, можуть бути виконані у вигляді шліцьових муфт з прямокутним або трикутним профілем зубів. Маточини і обойми шліцьових полумуфт використовуються як нижні і верхні напівмуфти зчіпні.

Кронштейн 189 має можливість зміщення у вертикальному напрямку і взаємодіє з кулачковим диском 42. Кронштейн 189 з'єднаний з циліндром, який має вертикальний паз, по якому ходить палець направляючий 191.

У точках а і б траєкторії обертання платформ 2 навколо ведучої шестерні 170 кулачки 43 наштовхуються на ролики 44. В результаті кулачковий диск 42 зміщується вниз і вводить другі (нижні) напівмуфти 187, 188 в зчеплення один з одним. При цьому зірочки 181 виходять з зчеплення з головками коромисла, заведена на 60 ° пружина приводить в обертання центральну першу зірочку 183.

Ця зірочка з допомогою перших ланцюга 182 і зірочок 181 забезпечує поворот лопаті 5 в точці а за годинниковою стрілкою, а в точці б - проти годинникової стрілки на кут + 90 °.

Діаметр першої центральної зірочки 183 повинен бути в 1,5 рази більше діаметра зірочок 181, встановлених на кінцях коромисла.

При таких співвідношеннях діаметр зірочок лопаті 5 змінює орієнтацію на кут + 90 °.

Після цього кулачки 43 виходять з взаємодії з роликами 44, і диск 42 піднімається вгору. Верхні напівмуфти 46, 47 фіксують положення лопаті. Крім того, зірочки 181 за допомогою перших пружин 186 вводяться в зчеплення з головками коромисла 180, і пружина друга центральна 193 знову закручується і набирає енергію.

Циліндр 190 забезпечує підйом і опускання кронштейна 189 і закріпленої на ньому верхній другий зчепленої напівмуфти 188. Для запобігання кутового зміщення напівмуфти 188 щодо настановної втулки лопаті служить другий палець 192, закріплений нерухомо у втулці 45, і вертикальний паз 194 в циліндрі.

Верхній горизонтальний паз 195 в циліндрі і другий палець 192 забезпечує вільний поворот кронштейна і пов'язаної з ним лопаті щодо кулачкового диска 42 на кут + 90 °.

Для орієнтації положення кулачкового диска 42 щодо напрямку течії середовища, тобто напрямку флюгера, використовується принцип роботи, викладений при описі конструкції на фіг.30, 31, 32 і 35.

На стійці 3 флюгера 4 встановлюється і нерухомо друга центральна зірочка 196. За допомогою другого ланцюга 197 орієнтація флюгера 4 синхронно передається на кулачкові диски 42 всіх платформ.

Для цього призначені другі верхні зірочки 198, встановлені нерухомо в кореневій частині осей обертання кулачкових дисків 14 кожної платформи 2. При цьому другий ланцюг 197 пов'язує другі зірочки 198 аналогічно схемам, представленим на фіг.31 і 32.

Флюгер 4 може бути встановлений на двох діаметрально протилежних платформах (див. Фіг.32). Якщо напрямок течії середовища постійне і швидкість течії середовища не змінюється, то конструкцію перетворювача можна істотно спростити. У застосуванні флюгера при цьому необхідність відпадає. Напрямок орієнтації другий (верхній) центральної зірочки 196 встановлюється вручну за допомогою покажчика напрямку течії середовища 178 і фіксується за допомогою фіксатора кутового положення (болта) 179. Нульове положення покажчика відповідає номінальній швидкості течії річки. При більшій швидкості течії води покажчик напрямку 178 перекладається в інше фіксоване положення. Чим більше швидкість течії річки, тим більше кут повороту покажчика. При цьому ефективна площа лопаті на активній ділянці зменшується, а на пасивному збільшується. Це призводить до зменшення швидкості обертання валу генератора (насоса) 177. Таким чином регулюється швидкість обертання валу генератора.

Якщо на осі покажчика напрямку 178 встановити кроковий двигун (двигун постійного струму з редуктором), на який подаються керуючі імпульси від комп'ютера, число, величина і знак яких залежить від напрямку та величини швидкості течії середовища (води або вітру), можливо синхронізувати швидкість обертання генератора 177 при будь-яких напрямках і швидкостях течії середовища.

На фіг.37 приведена конструкція другого варіанту коромисла 199, де для зміни орієнтації лопатей використовуються магніти (див. Фіг.2, 4, 5). Наконечники коромисла 200 для одинарної лопаті фіг.38 і з двох половинок 201 (фіг.38) мають однакові конструкції.

Від наконечника коромисла, представленого на фіг.28, що розглядаються наконечники 200 і 201 відрізняються тільки тим, що під зірочками 181 встановлюються верхні магніти 202. Ці магніти 202 при зчепленні полумуфт 187, 188 в результаті взаємодії з нижніми магнітами 203 забезпечують поворот лопаті 5 на кут ± 90 °. Нижні магніти 203 встановлені нерухомо на нижніх підставках 204. Кріплення верхнього магніту 201 до зірочці 181 може бути здійснено за допомогою диска 205 з немагнітного матеріалу, на який магніт може бути закріплений нерухомо і наклеєний.

Коромисло 199 змінює свою орієнтацію одночасно з флюгером, так як вони встановлені нерухомо на одній осі. Схеми спрощення конструкцій на фіг.31 і 32 застосовні і для конструкцій перетворювача, де застосовуються коромисла 199 на фіг.37 - 41. Орієнтація нерухомих магнітів на нижніх підставках збігається з орієнтацією магнітів 50 (лев.) І 50 (прав) в точках а і б на фіг.16 і 17. При цьому первісна орієнтація верхніх магнітів 201 повинна збігатися з орієнтацією магнітів 49 (лев.) і 49 (прав.) в тих же точках а і б на двох кінцях коромисла 199 (див. фіг.16 і 17). Таким чином, застосування коромисла зі здвоєними наконечниками (196) дозволяє здійснити одночасне перемикання чотирьох половинок лопатей 5 у визначальних точках а і б (див. Фіг.9).

Після перекладу лопаті 5 (або її половин) в нове положення верхні магніти 202 (позиція 49 на фіг.16 і 17) повинні бути повернуті в початкове положення. Вони повинні бути повернені у зворотний бік на кут - 90 °. Для цієї мети використовуються кинематически пов'язані перша центральна зірочка 183, ланцюг 184 і зірочки 181. Схема їх кінематичного зв'язку збігається зі схемою на фіг.37.

При використанні коромисла зі здвоєними головками на фіг.32 кінематична зв'язок центральної зірочки із зірочками 181 ускладнюється (див. Фіг.40). Дана схема повернення чотирьох магнітів в початкове положення відповідає орієнтації чотирьох магнітних пар на фіг.16 і 17.

Така конструкція перетворювача енергії дозволяє істотно заощадити на кількості використовуваних магнітів. Замість необхідних 24 штук по фіг.5 використовується всього 8 шт. Кількість флюгерів скорочується до 1 шт. замість необхідних 6 шт.

Зазначене зниження матеріаломісткості і собівартості перетворювача енергії може стати визначальним фактором при його промисловому впровадженні в серійне виробництво.

Застосування ланцюгової передачі для синхронної орієнтації положення кулачків всіх платформ щодо перебігу середовища дозволяє у всіх конструкціях на фіг.4, 5, 8, 20, 33 і 35 відмовитися від установки флюгерів 4, залишивши тільки стійки 3 двох половин лопатей 5 (див. Фіг. 20). На фіг.31 стійка 3 флюгера 4 встановлена ​​в центрі перетворювача. На фіг.32 флюгера 4 з відповідними стійками 3 встановлені тільки на двох діаметрально протилежних платформах 2.

Таким чином, при використанні кінематичних зв'язків, представленнних на фіг.31 і 32 у всіх конструкціях на фігурах 4, 5, 8, 20, 33 і 35, можна відмовитися від центральних стійок флюгера 4. Це призводить до зниження матеріалоемкомсті і трудомісткості, а отже , і собівартості перетворювача енергії в цілому.

Крім того, центральний вал може бути встановлений горизонтально (див. Фіг.42). У цьому випадку, платформи 2 будуть обертатися у вертикальній площині. Нарешті, на основі даної конструкції можуть бути створені перетворювачі, в яких використовується одночасно енергія текучої води річки (моря) і вітру (див. Фіг.20).

Для цієї мети на цю ж запеклу стійку 81 необхідно насадити другий центральний вал і другий ярус платформи з лопатями. Другий ярус буде перетворювати енергію вітру. Обертання від двох центральних валів за допомогою пар конічних шестерень і спеціальних обгонних роликових муфт може бути передано на один електрогенератор (або насос). При цьому генератор буде одночасно працювати від двох джерел руху (1-го і 2-го ярусів) лопатей. Такий подвійний перетворювач буде працювати більш ефективно і продуктивно.

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

1. Перетворювач енергії текучого середовища, що містить встановлені на круговому шляху взаємопов'язані платформи, кожна з яких, в свою чергу, включає кінематично пов'язані вагонетку (візок) і лопата (вітрило), що відрізняється тим, що додатково перетворювач містить вертикальну стійку і покажчик напрямку (флюгер ), а кожна платформа містить додатковий вузол зміни орієнтації та фіксації положення лопаті, що взаємодіє з лопатою і покажчиком напряму (флюгером).

2. Перетворювач енергії текучого середовища по п.1, що відрізняється тим, що вузол зміни орієнтації та фіксації положення лопаті містить зчіпну муфту, диск з двома кулачками, перший і другий магніти і два опорних ролика, взаємодіючих з кулачками диска, при цьому верхня сцепная полумуфта нерухомо пов'язана з лопатою, встановленої на стійці з можливістю повороту до 90 °, а нижня з'єднана жорстко з кулачковим диском, подпружинена і встановлена ​​на стійці з можливістю поздовжнього зсуву по ній, крім того, перший магніт пов'язаний з лопатою і взаємодіє з другим магнітом, пов'язаним з корпусом платформи.

3. Перетворювач енергії текучого середовища по п.1, що відрізняється тим, що вузол зміни орієнтації та фіксації положення лопаті містить диск з кулачками, опорні ролики, першу, другу зчіпні муфти і опорну планку, встановлену з можливістю вільного обертання навколо вертикальної осі, поєднаної з віссю стійки покажчика напрямку (флюгера), на кінцях якої симетрично встановлені вертикальні стійки, на яких шарнірно встановлені лопаті з можливістю повороту до 90 ° у взаємно протилежних напрямках, при цьому нижні зчіпні напівмуфти, встановлені на вертикальних стійках лопатей з можливістю поздовжнього зсуву по ним, взаємодіють за допомогою кулачків диска з роликами, шарнірно пов'язаними з платформою, а верхні зчіпні напівмуфти нерухомо з'єднані з відповідними половинами лопатей.

4. Перетворювач енергії текучого середовища по п.1, що відрізняється тим, що вузол зміни орієнтації та фіксації положення лопаті містить додатково кінематично пов'язані і взаємодіють один з одним барабани і підпружинену штангу, пов'язану з флюгером конічної форми, при цьому верхні зчіпні напівмуфти, пов'язані нерухомо з лопатями, взаємодіють через стрижні і барабани з подпружиненной штангою, і за допомогою троса - з покажчиком напряму (флюгером).

5. Перетворювач енергії текучого середовища по п.4, що відрізняється тим, що флюгер виконаний у вигляді усіченого конуса, встановленого з можливістю поздовжнього зсуву на горизонтальному важелі стійки, і пов'язаний через трос з подпружиненной штангою, яка взаємодіє з похилими пазами в барабанах, обмежувальні пази яких через відповідні обмежувальні стрижні і опорні втулки взаємодіють з першої і другої лопатями.

6. Перетворювач енергії текучого середовища по п.1, що відрізняється тим, що вузол зміни орієнтації та фіксації положення лопаті містить першу і другу зчіпні муфти, першу і другу пружини, кулачковий диск з двома кулачками і чотирма обмежувальними упорами, а й диск зчеплення і обмежувальні важелі, при цьому верхня перша і нижня друга зчіпні напівмуфти нерухомо з'єднані з лопатою, встановленої на стійці з можливістю вільного повороту, а перша нижня полумуфта жорстко пов'язана з кулачковим диском, подпружинена і встановлена ​​на стійці з можливістю вертикального зміщення по ній, крім того, верхня сцепная полумуфта подпружинена і нерухомо з'єднана з диском зчеплення, взаємодіє з допомогою другий пружини з платформою і важелем, встановленими нерухомо на другий верхній зчіпний напівмуфті, при цьому флюгер, виконаний у вигляді усіченого конуса, взаємодіє з кулачковим диском.

7. Перетворювач енергії текучого середовища по п.1, що відрізняється тим, що вузол зміни орієнтації та фіксації положення лопаті містить встановлені нерухомо на центральній стійці коромисло, першу і другу центральні зірочки, які взаємодіють через нововведені першу і другу ланцюга і другу зірочку, верхні і нижні другі зчіпні напівмуфти з лопатями діаметрально протилежних платформ, при цьому перші зірочки встановлені на двох кінцях коромисла співвісно з нижніми другими зчіпними пружними напівмуфтами, крім того, перша центральна зірочка має діаметр в 1,5 раз більше, ніж перші зірочки, і через другу центральну пружину взаємодіє з обертовими опорами, а другі зірочки встановлені нерухомо на кореневій частині стійок лопатей всіх платформ, при цьому верхні другі зчіпні напівмуфти через кронштейни і циліндри з вертикальними і горизонтальними пазами взаємодіють з відповідними лопатями і кулачковими дисками, при цьому обертаються опори через шестерні кинематически пов'язані з генератором (насосом).

8. Перетворювач енергії текучого середовища по п.7, що відрізняється тим, що на кінцях коромисла за допомогою підставок нерухомо встановлені нижні магніти, які взаємодіють з верхніми магнітами, закріпленими на немагнітних дисках, закріплених нерухомо на перших (нижніх) зірочках.

9. Перетворювач енергії текучого середовища по п.7, що відрізняється тим, що кінці коромисла виконані у вигляді здвоєних вилок, на нижніх кінцях яких встановлені нерухомі нижні магніти, а на верхніх головках встановлені перші зірочки і пов'язані з ними верхні магніти, які взаємодіють з нижніми магнітами , при цьому нижня ланцюг кинематически пов'язує перші зірочки з центральною першої зірочкою, встановленої на одній осі з покажчиком напряму течії середовища і фіксатором кутового положення.

10. Перетворювач енергії текучого середовища, що містить встановлені на круговому шляху взаємопов'язані платформи, кожна з яких, в свою чергу, включає кінематично пов'язані вагонетку (візок) і лопата (вітрило), що відрізняється тим, що встановлені додатково стійки із зірочками і два покажчика напрямку ( флюгера), при цьому зірочки пов'язані один з одним ланцюгом і взаємодіють з відповідними кулачковими дисками і покажчиками напрямку (флюгерами), встановленими на двох взаємно протилежних платформах.

11. Перетворювач енергії текучого середовища, що містить встановлені на круговому шляху взаємопов'язані платформи, кожна з яких, в свою чергу, включає кінематично пов'язані вагонетку (візок) і лопата (вітрило), що відрізняється тим, що містить додатково центральну зірочку і стійки із зірочками, встановлені на кожній платформі, при цьому зірочки всіх платформ пов'язані ланцюгом з центральної зірочкою, пов'язаної нерухомо з покажчиком напряму (флюгером) або з фіксатором кутового положення.

Версія для друку
Дата публікації 04.04.2007гг

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