1. РЕСПУБЛИКА КАЗАХСТАН
(19) KZ (13) B (11) 28405
(51) F03D 1/02 (2006.01)
КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ
МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
(21) 2012/1300.1
(22) 11.12.2012
(45) 15.04.2014, бюл. №4
(72) Стахнов Константин Михайлович; Ахмуханов
Арман Нурланович; Ахмуханов Мурадым
Нурланович; Рахадилов Талгат Рахадилович
(73) Cтахнов Константин Михайлович; Ахмуханов
Арман Нурланович; Ахмуханов Мурадым
Нурланович; Рахадилов Талгат Рахадилович
(74) Кадыров Жаннат Нургалиевич
(56) KZ 9279 A, 14.07.2000
SU 969949, 30.10.1982
RU 72512 U1, 20.04.2008
DE 19950103 A1, 26.04.2001
FR 2899286 A1, 05.10.2007
(54) ВЕТРОДВИГАТЕЛЬ СТАХНОВА
"ЧИНГИЗХАН"
(57) Изобретение относится к техническим
средствам ветроэнергетики, в частности, к ветровым
двигателям и служит для преобразования
кинетической энергии ветра в другие, в том числе,
электрическую энергию.
Техническим результатом изобретения является
обеспечение работоспособности конструкции при
значительной вариации скоростей ветрового потока
с одновременной автоматической адаптацией
угловой скорости вращения вертикального вала
отбора мощности к изменению скорости ветра и
снижение нагрузки на опору ветродвигателя при его
работе.
Крепление основных элементов рабочих и
дополнительных лопастей выполнено в виде
соединенной с основным элементом рабочей
лопасти выдвижной телескопической штанги,
шарнирно соединенной с расположенным вдоль
основного элемента дополнительной лопасти от его
периферии до середины плоским замкнутым пазом.
(19)KZ(13)B(11)28405
2. 28405
2
Изобретение относится к техническим средствам
ветроэнергетики, в частности, к ветровым
двигателям и служит для преобразования
кинетической энергии ветра в другие, в том числе,
электрическую энергию.
Известен ветродвигатель (Патент РФ №2050464,
кл. F03D 1/02 1995), содержащий расположенный на
вертикальной опоре основной блок из центрального
и периферийных ветропреобразовательных
аппаратов, генератор электрического тока, жесткий
обод с двумя горизонтальными стяжными планками
в виде хорд, закрепленными на ободе радиально
расположенными стойками с отверстиями на
свободных концах, шнур, последовательно
связывающий концы радиальных стоек между
собой, установленную соосно с опорой трубу,
прикрепленную посредством кронштейнов к
стяжным планкам, горизонтальный стержень,
проходящий через трубу в центре обода с
расположенными на нем центральным
ветропреобразовательным аппаратом, вал,
коаксиально вставленный в опору и гибкую тягу,
при этом каждый из ветропреобразующих аппаратов
выполнен в виде оси, одним концом закрепленной в
головке с наклонными выпукло-вогнутыми
проточками, в которых шпильками укреплены
желобообразные лопасти, другим концом
запрессованной в хвостовике с продольным пазом
на конце, причем в последнем шарнирно установлен
конец стойки, а между головкой и хвостовиком на
ось насажена трансмиссионная муфта с одной
круговой проточкой на периферийных
ветропреобразовательных аппаратах и с
несколькими - на центральном, при этом
трансмиссионные муфты соединены гибкой тягой.
Высокая стойка и наличие периферийных
ветропреобразовательных элементов отрицательно
сказывается на устойчивости конструкции, особенно
при сильных порывах ветра, когда происходит
резкое повышение угловой скорости
ветропреобразовательных аппаратов, что снижает
надежность устройства, которое, кроме того, имеет
сложную конструкцию и низкий КПД.
Известен ветродвигатель (А.с. СССР №969949,
F03D 1/02, 1962), содержащий ветроколесо с
корпусом и наклонно расположенными лопастями,
на цапфах которых закреплены шестерни,
взаимодействующие с невращающейся шестерней,
кинематически связанной с валом отбора мощности,
несущий вал, невращающаяся шестерня насажена на
несущий вал, а цапфы лопастей закреплены в
корпусе и связаны с несущим валом при помощи, по
меньшей мере, двух передаточных звеньев,
выполненных в виде закрепленной в верхней части
корпуса оси и насаженных на ней и жестко
связанных между собой конических и
цилиндрических шестерен, одна из которых
находится в зацеплении с шестерней, насаженной на
цапфе лопасти, а другая взаимодействует с
невращающейся шестерней.
Недостатком данного устройства является его
низкая надежность, так как при сильных порывах
ветра происходит резкое повышение угловой
скорости ветроколеса, что приводит к выходу
ветродвигателя из строя. Выполнение связи между
лопастями и несущим валом при помощи двух
передаточных звеньев усложняет конструкцию
устройства.
Наиболее близким по технической сущности к
предлагаемому является ветродвигатель по
предварительному патенту РК №9279, МКИ F03D
1/02, опубл. в БИ №7, 2000г. Конструкция данного
ветродвигателя принята за прототип к
предлагаемому.
Известная конструкция ветродвигателя содержит
вал отбора мощности, зубчатый механизм,
генератор и шарнирно соединенные с валом отбора
мощности и связанные между собой рабочие и
дополнительные лопасти. Дополнительные лопасти
в известной конструкции расположены над
рабочими, каждая из рабочих и дополнительных
лопастей состоит, в свою очередь, из вытянутых,
треугольных по форме, больших по размеру
вспомогательных элементов, ориентированных, с
одной стороны, под углом друг к другу, а с другой -
шарнирно прикрепленных сужающейся вершинной
частью к валу отбора мощности. К периферийной
части основных элементов дополнительных
лопастей прикреплены массивные шарообразные
стабилизирующие элементы в виде шаров.
К недостаткам известного устройства относятся
возникновение дестабилизирующих ударных
нагрузок при изменении взаимного положения
рабочих и дополнительных лопастей во время
вариации ветровой нагрузки, а также ограниченные
возможности по стабилизации угловой скорости
вращения вертикально расположенного вала отбора
мощности.
Техническим результатом изобретения является
обеспечение работоспособности конструкции при
значительной вариации скоростей ветрового потока
с одновременной автоматической адаптацией
угловой скорости вращения вертикального вала
отбора мощности к изменению скорости ветра и
снижение нагрузки на опору ветродвигателя при его
работе.
Указанный технический результат достигается
тем, что, в ветродвигателе, содержащем вал отбора
мощности, зубчатый механизм, генератор и
шарнирно соединенные с валом отбора мощности и
связанные между собой рабочие и дополнительные
лопасти с расположением дополнительных лопастей
над рабочими, причем каждая из рабочих и
дополнительных лопастей выполнена в виде двух
вытянутых треугольных по форме с равными по
длине одноименными удлиненными сторонами
больших по площади основных и меньших по
площади вспомогательных элементов, соединенных
между собой равными удлиненными сторонами,
ориентированных под углом друг к другу и
шарнирно соединенных сужающимися вершинными
частями с валом отбора мощности, а к
периферийной части основных элементов
дополнительных лопастей прикреплены массивные
шарообразные стабилизирующие элементы,
крепление основных элементов рабочих и
3. 28405
3
дополнительных лопастей выполнено в виде
соединенной с основным элементом рабочей
лопасти выдвижной телескопической штанги,
шарнирно соединенной с расположенным вдоль
основного элемента дополнительной лопасти от его
периферии до середины плоским замкнутым пазом.
Изобретение поясняется иллюстрациями, где на
фиг.1 схематично изображен ветродвигатель с
исходным положением рабочих и дополнительных
лопастей, на фиг.2 - положение рабочих и
дополнительных лопастей при высокой скорости
вращения вала отбора мощности.
Ветродвигатель содержит опирающийся на
опору 1 вал 2 отбора мощности, связанный через
состоящий из зубчатого колеса 3 и шестерни 4
зубчатый механизм с генератором 5.
В состав ветродвигателя входят шарнирно
соединенные с валом отбора мощности и связанные
между собой рабочие и дополнительные лопасти.
При этом дополнительные лопасти расположены
над рабочими.
Каждая из рабочих и дополнительных лопастей
выполнена в виде двух вытянутых треугольных по
форме основных и вспомогательных элементов: 6 и
7 - основные и вспомогательные элементы рабочих
лопастей и 8 и 9 - основные и вспомогательные
элементы дополнительных лопастей.
Основные и вспомогательные элементы каждой
из лопастей соединены между собой равными
удлиненными сторонами, соответственно, 10 - для
рабочих и 11 - для дополнительных лопастей.
Основные и вспомогательные элементы, как
рабочих, так и дополнительных лопастей
ориентированы под разными углами друг к другу.
В рабочих и дополнительных лопастях площади
основных элементов больше площади
вспомогательных элементов, а сами основные и
вспомогательные элементы ориентированы под
углом друг к другу.
Рабочие и дополнительные лопасти шарнирно
соединены своими сужающимися треугольными
вершинными частями с основным валом 2 отбора
мощности. К периферийной части основных
элементов 8 дополнительных лопастей прикреплены
массивные шарообразные стабилизирующие
элементы 12.
Крепление основных элементов рабочих (поз.6)
и основных элементов дополнительных (поз. 8)
лопастей выполнено в виде соединенной с основным
элементом рабочей лопасти выдвижной
телескопической штанги 13, шарнирно соединенной
с расположенным вдоль основного элемента 8
дополнительной лопасти от его периферии до
середины плоским замкнутым пазом 14. Такая
конструкция позволяет основным и
вспомогательным элементам дополнительных
лопастей отклоняться в вертикальной плоскости,
занимая в пределе положение, изображенное на
фиг.2.
В исходном положении (фиг.1) рабочие лопасти
устанавливают под углом =30...75°, а
дополнительные лопасти устанавливают под углом
=100...150° по отношению к оси вращения вала 2
отбора мощности.
Ветродвигатель работает следующим образом.
Поток ветра взаимодействует с рабочими и
дополнительными лопастями, приводя во вращение
вал отбора мощности и через зубчатый механизм
движение передается генератору. При малых
скоростях ветра скорость вращения центрального
вала невелика и угловое положение рабочих и
дополнительных лопастей по отношению к
центральному валу практически не отличается от
исходного. При этом дополнительные лопасти
взаимодействуют с потоком ветра практически
также как и рабочие. Однако за счет иного угла
наклона его основных элементов 8 по сравнению с
углом наклона основных элементов 6 рабочих
лопастей, при их вращении формируется
нисходящий поток воздуха, далее разделяющийся на
потоки, выходящие через зазоры между соседними
рабочими лопастями под углом, определяемым
положением основных и вспомогательных
элементов рабочих лопастей. Эти потоки создают
реактивную составляющую, равномерно
воздействующую на ротор и способствующую
увеличению его угловой скорости.
При увеличении скорости ветра происходит
увеличение угловой скорости вращения
центрального вала, в результате чего возрастает
центробежная сила, возникающая при вращении
массивных элементов 12. При наклонном исходном
положении основных элементов 8 дополнительных
лопастей, на которых закреплены массивные
элементы 12, действует вертикальная составляющая
центробежной силы, преодолевающая силу тяжести
массивных элементов 12, в результате чего они
движутся вверх, в пределе занимая горизонтальное
положение, фиг 2. При этом выдвижные элементы
13 обеспечивают подвижную связь основных и
вспомогательных элементов рабочих лопастей с
основными и вспомогательными элементами
дополнительных лопастей, в результате чего угловое
положение рабочих лопастей по отношению к
центральному валу изменяются и принимают
положение, показанное на фиг.2. В таком
положении уменьшается суммарная площадь
взаимодействия рабочих лопастей с потоком ветра
(уменьшается длина плеча приложения
воздействующей на лопасти силы).
Одновременно, при таком положении лопастей
нисходящий поток воздуха, формируемый
дополнительными лопастями распределяется на две
составляющие - направленную в пространство,
ограниченное вращающими вместе с вертикальным
валом рабочими лопастями и направленную вне
этого пространства. При этом, если первая
составляющая участвует в обеспечении вращения
(но уже в меньшей степени чем при исходном
положении лопастей (фиг.1)), то вторая - внешняя
составляющая нисходящего потока в обеспечении
вращения ротора не участвует (одновременно
уменьшается нагрузка на опору вертикального вала).
В результате действия всех вышеуказанных
процессов угловая скорость вертикального вала и
4. 28405
4
связанных с ним лопастей уменьшается, так же, как
и вертикальная составляющая центробежной силы.
Массивные элементы опускаются при вращении
вниз, при этом основные и вспомогательные
элементы рабочих лопастей перемещаются во вне в
радикально-угловом направлении, увеличивая при
этом площадь взаимодействия рабочих лопастей с
потоком ветра. Угловая скорость вертикального
вала возрастает. Массивные элементы 12 вновь
стремятся занять более высокое положение. Все
вышеуказанные манипуляции осуществляют
автоматическую стабилизацию угловой скорости
вращения ротора в зависимости от скорости ветра.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Ветродвигатель, содержащий вал отбора
мощности, зубчатый механизм, генератор и
шарнирно соединенные с валом отбора мощности и
связанные между собой рабочие и дополнительные
лопасти с расположением дополнительных лопастей
над рабочими, причем каждая из рабочих и
дополнительных лопастей выполнена в виде двух
вытянутых треугольных по форме с равными по
длине одноименными удлиненными сторонами
больших по площади основных и меньших по
площади вспомогательных элементов, соединенных
между собой равными удлиненными сторонами,
ориентированных под углом друг к другу и
шарнирно соединенных сужающимися вершинными
частями с валом отбора мощности, а к
периферийной части основных элементов
дополнительных лопастей прикреплены массивные
шарообразные стабилизирующие элементы,
отличающийся тем, что крепление основных
элементов рабочих и дополнительных лопастей
выполнено в виде соединенной с основным
элементом рабочей лопасти выдвижной
телескопической штанги, шарнирно соединенной с
расположенным вдоль основного элемента
дополнительной лопасти от его периферии до
середины плоским замкнутым пазом.
