Документ описывает инновационный патент на устройство ветряного двигателя, работающего при различных скоростях ветра за счет уникального механизма авторотации лопастей и использования маятниковой конструкции для стабилизации. Изобретение устраняет недостатки традиционных ветродвигателей, такие как слабая надежность и проблемы с управлением при штормовых условиях. Описываемая система обеспечивает гибкость в отклонении лопастей, что позволяет эффективно использовать энергию ветра и предотвращать разрушение устройства.

1. РЕСПУБЛИКА КАЗАХСТАН
(19) KZ (13) A4 (11) 29994
(51) F03D 7/02 (2006.01)
МИНИСТЕРСТВО ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ
(21) 2014/0013.1
(22) 09.01.2014
(45) 15.06.2015, бюл. №6
(76) Майлибаев Марат Муратович
(56) Патент СССР №1753019, 1992
(54) ВЕТРОДВИГАТЕЛЬ (ВАРИАНТЫ)
(57) Изобретение относится к ветряным двигателям
как малолопастным, так и многолопастным, с осью
вращения, расположенной параллельно потоку
ветра. Работает ветряное колесо стабильно за счет
авторотации лопастей репеллера, на лопастях
которого всегда возникают аэродинамические силы
момента вращения от набегающего потока ветра.
Надежная работа ветроколеса достигается тем, что
ветродвигатель крепится к маятнику на вилке, что
позволяет под напором ветра свободно отклонять по
типу Эклипс ось вращения ветроколеса в широком
диапазоне углов (до 90°) при ураганных скоростях
ветра.
(19)KZ(13)A4(11)29994

2. 29994
2
Изобретение относится к крыльчатым
(репеллерным) ветродвигателям, как
малолопастным, так и многолопастным с осью,
расположенной параллельно потоку ветра. Работа
ветряного колеса происходит за счет авторотации
лопастей репеллера, на которых всегда возникают
аэродинамические силы момента вращения от
набегающего потока ветра. Момент силы вращения
зависит от скорости потока, от угла установки и
профиля лопастей и ометаемой площади ветряного
колеса. Ометаемая площадь одинакова при равных
радиусах лопастей, но разном их количестве за счет
увеличения оборотов при уменьшении числа
лопастей. В связи этим предлагаемое устройство
относится как к малолопастным, так и к
многолопастным ветродвигателям репеллерного
типа (Е.Л.Фатеев - Ветродвигатели -
Госэнергоиздат, М. Л. 1946г. с.68, фиг.57).
Известны ветродвигатели многолопастные -
тихоходные и малолопастные (две, три и реже -
четыре лопасти) - быстроходные с коэффициентом
использования ометаемой поверхности от 0,9 до 0,1,
связанным с нагрузкой на лопасти и скоростью
ветра, что прямо пропорционально угловой
скорости вращения ветряного колеса. Однако, все
ветродвигатели реагируют на увеличение скорости
ветра, когда соответственно, растут обороты и доля
парусности ометаемой поверхности, что сильно
увеличивает нагрузки на ветродвигатель, приводя к
разрушению крыльчатки (лопастей). Во избежание
разрушения ветродвигателя используют регулятор
по типу Эклипс (там же, с.215-216). Изменение
общей нагрузки на лопасти сильно влияет на
стабильность работы ветродвигателя. Лимит
выходной мощности прямо зависит от стабилизации
оборотов, которые упрощенно регулировать по типу
Эклипса. Защита лопастей от разрушения при
штормовых и ураганных скоростях ветра связана с
отклонением плоскости вращения жестких лопастей
ветроколеса в сторону плоскости флюгера-
стабилизатора от 0 до 90°. Использование давления
ветра на быстроходные и тихоходные
(многолопастные) ветроколеса связано с
размещением осей вращения последнего и
насаженой эксцентрично на вертикальную для
разворота по направлению ветра, т.е. по типу
Эклипс (С.П. Перли - Быстроходные ветряные
двигатели - Госэнергоиздат, M. Л. 1951, с.118-123).
Недостатками указанных ветродвигателей,
использующих защиту от штормовых скоростей
ветра по типу Эклипс, являются оси поворота
плоскости ометаемой поверхности и ветроколеса,
которые эксцентрично смещены. Оси не
пересекаются и находятся в горизонтальной
плоскости, однако относительно друг друга
расположены нормально, а при смещении по типу
Эклипс уравновешивается моментами сил пружины
растяжения, направленных против эксцентриситета.
Наличие усталости пружины, как правило, снижает
надежность работы ветродвигателя, особенно в
пределах географических степных территорий с
неустойчивыми ветрами по параметрам скоростей и
направлений. Эти недостатки устраняются
гравитационным (вертикальным) маятником с
механизмом для торможения ветроколеса через
подвес благодаря минимальному углу отклонения,
при которым ветродвигатель продолжает снимать
энергию с набегающего потока воздуха, но
штормовые скорости заставляют останавливать
вращение ветроколеса как на быстроходных так и на
тихоходных. Достигнуто сомнительное упрощение
устройства, связанное с регулированием угла
установки лопастей ветроколеса в зависимости от
скоростей ветра.
В качестве прототипа взята упомянутая
Ветроэнергетическая установка. (Патент СССР
№1753019 кл, F03D 7/02, бюл. №29 от 07.08.92.
Ветроэнергетическая установка ВЭУ). Она содержит
поворотную консоль, на которой через шарнир
крепится подвес (маятник) с ветрогенератором.
Гидравлическая тормозная система ВЭУ приводится
в действие механическим исполнителем на консоли,
соединенным с подвесом. Дополнительно консоль
через пружину соединена с подвесом для возврата
подвеса в вертикальное положение.
Недостатками прототипа являются слабая
надежность благодаря сложному исполнению
тормозной системы и наличие пружины возврата
подвеса (маятника) в вертикальное положение.
Наличие Г-образной консоли в свою очередь
нарушает равновесие на вертикальной опоре и
создает неудобства обслуживания ветрогенератора с
его тормозной системой. В результате торможения
ветроколеса уменьшается выработка энергии при
увеличении скорости ветра до штормовых порывов,
особенно, при резком изменении направления
потока.
Задачей предлагаемого изобретения является
повышение стабильности и коэффициента
использования энергии ветра и надежности работы
ветроколеса в широком диапазоне скоростей
набегающего потока.
Задача решается за счет вертикальной
поворотной вилки, вращающейся вокруг
вертикальной оси. На концах вилки закреплена ось
маятника с горизонтальной осью вращения, а на
концах маятника жестко закреплены ось
ветроколеса и электрогенератор, как два варианта:
быстроходные и тихоходные.
На фиг.1 показана схема ветродвигателя
преимущественно быстроходного типа, на фиг.2 -
схема ветродвигателя преимущественно
тихоходного типа.
Ветродвигатель быстроходного типа (фиг.1) и
тихоходного типа (фиг.2) на вертикальной опоре 1
состоит из свободно вращающейся двойной вилки 2
и ветроколеса 3, соединенного с генератором 4 через
жесткий маятник 5 на оси 6, которая вращается
горизонтально на концах вилки 2. Ограничитель
колебаний 7 крепится к оси двойной вилки 2.
Быстроходный ветродвигатель (фиг.1) отличается от
тихоходного (фиг.2) в верхней части маятника 5 на
оси ветроколеса содержит цепную или ременную
(показано точками) передачу 8 на генератор 4,
который при колебании маятника 5 имеет
ограничитель 7, соединенный вместе со

3. 29994
3
стабилизатором 9 с вилкой 2. На двух фигурах
стрелками показано направление ветра, а
прерывистой линией (штрих) - сильный ветер и
отклонение плоскости ветроколеса при увеличении
скорости ветра до штормового и ураганного.
Работает ветродвигатель не зависимо от
скорости ветра, т.к. поворот ветроколеса не
отражается на выходной мощности, которая
стабилизирована изменением ометаемой
поверхности. Скорость ветра создает давление на
ометаемую поверхность ветроколеса 3
быстроходного (фиг.1) и тихоходного (фиг.2) и при
увеличении скорости (штрих) ветра немедленно
реагирует маятник 5, который смещает плоскость
ветроколеса 3 от 0 до 90°, уменьшая ометаемую его
поверхность (см. на фигурах показаны штрихом
изменения положения ветроколеса 3). Давление
ветра на ветроколесо 3 сохраняется, что
уравновешивается весом генератора 4 на маятнике
5. На фиг.2 ветроколесо 3 выполняет одновременно
роль стабилизатора 9 (фиг.1), который ориентирует
ветроколесо 3 против ветра, разворачивая вилку 2.
Ограничитель 7 фиксирует положение ветроколеса 3
при слабом ветре, что не позволит Ветроколесу 3
контактировать с опорой 1. Таким образом, работа
маятника 5 позволяет ветродвигателю двух типов
(фиг.1 и фиг.2) стабилизировать мощность,
снимаемую с потока ветра разной скорости, а
устройство маятников 5 одинаковы, что позволило
дать общее описание. Большинство деталей
конструкции ветродвигателей одинаковы, что
создает условия для серийного производства.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Ветродвигатель, содержащий вертикальную
опору, ветроколесо и электрогенератор
отличающийся тем, что на опоре установлена
двойная вилка, вращающаяся вокруг вертикальной
оси, на концах вилки закреплена ось маятника с
горизонтальной осью вращения, а на верхней части
маятника на оси ветроколеса имеется цепная или
ременная передача на электрогенератор, который
при колебаний маятника имеет ограничитель,
соединенный вместе со стабилизатором.
2. Ветродвигатель, содержащий вертикальную
опору, ветроколесо и электрогенератор
отличающийся тем, что на опоре установлена
двойная вилка, вращающаяся вокруг вертикальной
оси, на концах вилки закреплена ось маятника с
горизонтальной осью вращения, а на маятник
закреплен электрогенератор соединенный с валом
ветроколеса, который при колебаний маятника
имеет ограничитель.

4. 29994
4
Верстка Н.Киселева
Корректор К.Нгметжанова