Document 2399273

Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано для получения энергии от набегающего потока воздуха.
Устройство для преобразования возобновляемой энергии содержит раму, лопасть, шарнирно связанную с рамой, закрепленный на
раме кривошипно-шатунный механизм, одно из колен вала которого соединено шатуном с лопастью, причем шатун расположен в
плоскости лопасти и жестко связан с ней. Устройство снабжено дополнительной лопастью, вторым шатуном и вторым коленом вала.
Дополнительная лопасть шарнирно связана с рамой и соединена вторым шатуном со вторым коленом вала, при этом второй шатун
расположен под углом к плоскости дополнительной лопасти и жестко связан с ней, а колена вала смещены относительно друг друга в
плоскости вращения вала. Вал может быть размещен между лопастями, второй шатун расположен под углом 90 градусов к плоскости
дополнительной лопасти, а колена вала смещены на угол 90 градусов относительно друг друга. Кроме того, вал может быть снабжен
аэродинамическим кожухом. Изобретение направлено на повышение надежности и эффективности устройства. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ
Изобретение относится к устройствам для преобразования возобновляемой энергии и может быть использовано в области
энергетики для получения энергии от набегающего потока воздуха.
Известно устройство для преобразования энергии потока текучей среды в полезную работу, содержащее совокупность
соединенных между собой лопастей, связанных с преобразователем энергии (патент РФ № 2037641, 1991 г., МКИ F03B 13/00, F03B
17/06, F03D 5/06). Недостатком устройства является сложность конструкции, невысокая надежность и невысокая эффективность.
Наиболее близким к заявленному изобретению является устройство для преобразования возобновляемой энергии, содержащее
раму, лопасть, шарнирно связанную с рамой, закрепленный на раме кривошипно-шатунный механизм, одно из колен вала которого
соединено шатуном с лопастью, причем шатун расположен в плоскости лопасти и жестко связан с ней (патент РФ № 2293212, 2005
г., МКИ F03D 5/00).
Недостатком этого устройства является невысокая надежность из-за невозможности самостоятельного включения после
остановок при ослаблении скорости набегающего потока, а также невысокая эффективность использования энергии набегающего
потока.
Заявляемое изобретение направлено на повышение надежности и эффективности устройства.
Указанный результат достигается тем, что известное устройство для преобразования возобновляемой энергии, содержащее
раму, лопасть, шарнирно связанную с рамой, закрепленный на раме кривошипно-шатунный механизм, одно из колен вала которого
соединено шатуном с лопастью, причем шатун расположен в плоскости лопасти и жестко связан с ней, снабжено дополнительной
лопастью, вторым шатуном и вторым коленом вала. Дополнительная лопасть шарнирно связана с рамой и соединена вторым шатуном
со вторым коленом вала, при этом второй шатун расположен под углом к плоскости дополнительной лопасти и жестко связан с ней, а
колена вала смещены относительно друг друга в плоскости вращения вала. Указанный результат в частном случае выполнения
устройства достигается тем, что вал размещен между лопастями, второй шатун расположен под углом 90 градусов к плоскости
дополнительной лопасти, а колена вала смещены на угол 90 градусов относительно друг друга. В этом частном случае вал может
быть снабжен аэродинамическим кожухом.
Отличительными признаками заявленного изобретения являются:
- дополнительная лопасть;
- второй шатун;
- второе колено вала кривошипно-шатунного механизма;
- шарнирная связь дополнительной лопасти с рамой;
- соединение дополнительной лопасти вторым шатуном со вторым коленом вала;
- расположение второго шатуна под углом к плоскости дополнительной лопасти;
- жесткая связь второго шатуна с дополнительной лопастью;
- смещение колен вала относительно друг друга в плоскости вращения вала.
Дополнительная лопасть, шарнирно связанная с рамой и соединенная вторым шатуном со вторым коленом вала, позволяет
увеличить эффективность устройства за счет дополнительного использования энергии ветра.
Расположение второго шатуна под углом к плоскости дополнительной лопасти, жесткая связь шатуна с лопастью, а также
смещение колен вала относительно друг друга в плоскости вращения вала позволяют избежать наличия в устройстве так называемых
«мертвых точек», в которых набегающий поток не создает направленное вращение валу кривошипно-шатунного механизма.
Отсутствие «мертвых точек» повышает надежность устройства, так как устройство, остановившееся после ослабления силы ветра,
при возобновлении ветра приводится в движение самостоятельно, без внешнего вмешательства.
Сущность заявляемого изобретения поясняется нижеследующим описанием.
На прилагаемой фигуре 1 изображен общий вид предлагаемого устройства в частном случае его выполнения (вал размещен
между лопастями, второй шатун расположен под углом 90 градусов к плоскости дополнительной лопасти, колена вала смещены на
угол 90 градусов относительно друг друга, вал снабжен аэродинамическим кожухом).
Устройство включает основание 1 с установленной на нем поворотной рамой 2, на которой жестко закреплен силовой брус 3.
На консольной части бруса 3 установлен кривошипно-шатунный механизм, выполненный в виде кривошипного вала 4. На коленах 5 и
6 вала 4 установлены верхний 7 и нижний 8 шатуны. Угол между коленами 5 и 6 в частном случае исполнения устройства равен 90
градусов. Верхний шатун 7 жестко соединен с верхней лопастью 9 таким образом, что угол между шатуном и плоскостью лопасти
составляет 90 градусов. Нижний шатун 8 жестко соединен с нижней лопастью 10 и расположен в плоскости лопасти 10. Верхняя
лопасть 9 шарнирно соединена с верхней тягой 11, которая, в свою очередь, шарнирно связана с поворотной рамой 2. Нижняя
лопасть 10 шарнирно соединена с нижней тягой 12, которая также шарнирно связана с поворотной рамой 2. Верхняя тяга 11
выполнена удлиненной и на ее консольном конце шарнирно закреплена вертикальная тяга 13, соединенная с преобразующим
механизмом 14, который установлен на площадке 15, жестко связанной с рамой 2. Кривошипный вал 4 расположен между верхней 9
и нижней 10 лопастями и снабжен аэродинамическим кожухом 16. На валу 4 установлен балансир 17. Стрелкой V указано
направление набегающего потока воздуха, стрелкой
обозначено направление вращение вала 4.
Устройство работает следующим образом.
Под действием подъемной силы воздушного потока лопасть 9, расположенная под положительным углом атаки, поднимается
вверх, поворачивая кривошипный вал 4 по часовой стрелке. Положительный угол атаки лопасти 9 сохраняется до момента, пока
колено 6 вала 4 не займет крайнее верхнее положение, соответствующее верхней «мертвой точке». При переходе лопасти 9 через
свою верхнюю «мертвую точку» угол атаки лопасти становится отрицательным, под действием потока ветра лопасть 9 начинает
опускаться вниз, продолжая поворачивать вал 4 по часовой стрелке. В нижней «мертвой точке» угол атаки лопасти 9 снова
становится положительным, лопасть начинает подниматься вверх, продолжая поворачивать вал 4 по часовой стрелке. Нижняя
лопасть 10 работает аналогичным образом, обеспечивая поворот коленчатого вала по часовой стрелке. Так как колена 5 и 6 вала 4
установлены со смещением на угол 90 градусов, отсутствие усилия на вал 4 со стороны одной из лопастей при нахождении ее в своей
«мертвой точке» компенсируется соответствующим максимальным усилием другой лопасти. Механическое усилие от воздействия
ветра на лопасти передается через рычаг 11 и тягу 13 на преобразующий механизм 14, установленный на площадке 15. При
изменении направления ветра лопасти разворачивают раму 2 таким образом, что обеспечивается постоянное расположение лопастей
в благоприятном режиме приема энергии набегающего потока воздуха. Установка аэродинамического кожуха 16 обеспечивает
создание дополнительного вращающего момента, так как поток воздуха, огибая кожух, направляется на нижнюю 10 и верхнюю 9
лопасти.
В таком устройстве отсутствуют «мертвые точки», в которых ветер не создает направленное вращение валу кривошипношатунного механизма. Устройство, остановившееся после ослабления силы ветра, при возобновлении ветра приводится в движение
самостоятельно, без внешнего вмешательства, что обеспечивает его надежное функционирование.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Устройство для преобразования возобновляемой энергии, содержащее раму, лопасть, шарнирно связанную с рамой,
закрепленный на раме кривошипно-шатунный механизм, одно из колен вала которого соединено шатуном с лопастью, причем шатун
расположен в плоскости лопасти и жестко связан с ней, отличающееся тем, что устройство снабжено дополнительной лопастью,
вторым шатуном и вторым коленом вала, при этом дополнительная лопасть шарнирно связана с рамой и соединена вторым шатуном
со вторым коленом вала, второй шатун расположен под углом к плоскости дополнительной лопасти и жестко связан с ней, а колена
вала смещены относительно друг друга в плоскости вращения вала.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что вал размещен между лопастями, второй шатун расположен под углом 90° к
плоскости дополнительной лопасти, а колена вала смещены на угол 90° относительно друг друга в плоскости вращения вала.
3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что вал снабжен аэродинамическим кожухом.