Реферат: Проектирование и изготовление ветродвигателя

--PAGE_BREAK--2) Использование методов технического творчества
Методы систематизированного творчества
“+”
“-”
1)                   Позволяют прогнозировать развитие техники
2)                   Опирается на анализ большого объема патентной информации
3)                   Возможность переложения на машинный язык
4)                   Повышает вероятность решения аналогичных задач
5)                   Возможность рассмотрения истории развития технического объекта 
6)                   Системный подход
7)                   Использование большого информационного фонда
1)                   Трудны в освоении
2)                   Требуют специальной подготовки
3)                   Необходимость постоянного кропления новой информации
4)                   Необходимость учета типа мышления
5)                   Большое количество методов, проблема выбора
6)                   Ограниченность средств снятия психологической инерции
7)                   Малая вероятность при повторном решении получит новую идею
Методы интуитивного поиска
+
_
1)                   Существенно расширяет область поиска и количества идей
2)                   Доступны в освоении, не требует специальной подготовки
3)                   Могут использоваться в различных областях
4)                   Разделение этапа генерации от критики
5)                   Возможность получения нового решенная при повторном проведении
6)                   Возможность начала работы с неполной информацией
1)                   Маленький опыт применения
2)                   Не учитывается систематизированный подход
3)                   Не эффективен при сложных задачах
4)                   Большое количество методов, проблема выбора
5)                   Слабое развитие конвергентного мышления
6)                   Информационный фонд ограничен памятью человека
3) Морфологический альтернативный сбор информации
С.А. Новоселов предлагает следующую философски обобщенную ло­гику процесса создания нового технического объекта:
1) Осознание проблемной ситуации с аналитическим осмыслением ее структуры субъектом творчества. Реальное содержание творчества на этом этапе складывается из отражения технической потребности, осознания не­достатков старого и необходимости нового, раскрытия конкретных ТП и формулировки определенных технических задач.
«Рождение и вынашивание» новой технической идеи.
Разработка идеальной модели (как по форме, так и по содержанию). 4) Конструирование.
5) Этап предметного и относительно завершенного воплощения изо­бретения в техническом объекте. На данном этапе относительно завершается процесс технического творчества, т.к. этот этап – основа возникновения но­вых технических задач и циклов творческого поиска.
С.А. Новоселов предлагает структуру сотворческой изобретательской деятельности учащихся и педагога, включающую морфологический сбор информации (МАСИ).
Основным отличием МАСИ от морфологического анализа является то, что в качестве условных морфологических признаков выделяются отдельные элементы изобретательского процесса (область техники, усмотрение потребности, построение иерархии целей, разработка способов, устройств, веществ для достижения этих целей и т.д.), а альтернативные варианты морфологических признаков подбираются в процессе сбора научно-технической и патентной информации.
Автор отмечает, что работа с морфологическими матрицами в процессе МАСИ направлена не на решение четко сформулированной технической задачи, а на ее постановку. Однако следует отметить, что при заполнении морфологической матрицы (таблицы) вносят альтернативные варианты уже существующие т.к. они берутся из различных информационных источников и, хотя автор говорит о возможности внесения и возможных альтернатив, предварительный анализ существующей информации создает психологические барьеры на пути выявления новой потребности, Т.е. барьеры на пути усмотрения и формулирования новой технической задачи. Как отмечает сам автор предпосылки для формирования новых технических задач создаются на основе неожиданных сочетаний выделенных морфологических признаков, как в направлении поиска новых технических решений, так и в направлении раскрытия новых потребностей. Причем механизм возникновения ассоциаций в данном случае подобен механизму, действующему при использовании методов случайного (интуитивного) поиска.
Продуктивность МАСИ связана, как отмечает сам автор, со случайным взаимодействием вариантов морфологических признаков, однако, вероятность появления новой идеи снижается, если информация строго ограничена и соответствует старой идее. Собранная в МАСИ информация направлена на поддержание этой идеи. Все это создает барьер на пути новой идеи [7].
После анализа методов, подходов, приемов, средств видно, что для лучшего развития изобретательских способностей, в общеобразовательной школе, на мой взгляд, являются инструменты ТРИЗ (приемы), метод фокальных объектов, метод мозгового штурма, решение конструкторских задач.

2. Проектирование и изготовление ветряка
2.1 Требования к ветряку.
1.                Ветродвигатель должен работать при слабом порыве ветра.
2.                Ветряк должен работать при постоянных переменах направления ветра.
3.                Лопасти ветродвигателя должны быть изготовлены из тонкого, легкого, упругого материала.
4.                Лопасти должны иметь дугообразную форму.
5.                Ветродвигатель должен быть снабжен аккумулятором, чтобы генерируемая энергия накапливалась.
2.2 Технологическая карта изготовления ветродвигателя.
Таблица 2
№ п/п
Содержание и последовательность операций
Инструмент
Оборудование и приспособления
рабочий
Контрльно-мерительный
1.
2.
3.
4.
5.
6.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
22.
Изготовление лопастей
Сверление отверстий в оси
Изготовление направляющих и каркаса
Пайка направляющих и каркаса
Изготовление втулок
Пайка и втулки пружины к лопасти
Склейка одного края лопасти к направляющей
Пайка пружин к каркасу
Изготовление балки
Изготовление корпуса
Сверление отверстия в корпусе и балке
Изготовление муфты для генератора
Пайка первого шкива к генератору
Пайка подшипника, генератора к корпусу
Соединение светодиода, лампочки, реле и аккумулятора с корпусом
Пайка шайбы на оси
Пайка между собой генератора, аккумулятора, светодиода, лампочки, реле проводами
Соединение корпуса с осью
Соединение балки и оси и пайка балки с корпусом
Соединение второго шкива с осью
Соединение первого и второго шкива ремнем
Покраска изделия
Ножницы
Сверло
Кусачки
Паяльник, припой, канифоль
Кусачки
Паяльник, припой, канифоль
Клей
Паяльник, припой, канифоль
Паяльник, припой, канифоль, ножовка по металлу, плоскогубцы
Паяльник, припой, канифоль, ножовка по металлу
Сверло
Паяльник, припой, канифоль, ножницы по металлу
Паяльник, припой, канифоль
Паяльник, припой, канифоль
Паяльник, припой, канифоль
Паяльник, припой, канифоль
Паяльник, припой, канифоль
Плоскогубцы
кисточка, пульверизатор
Линейка
Штангенциркуль
Линейка
Линейка
Линейка
Линейка
Линейка
Линейка
Линейка, штангенциркуль
Линейка
Линейка
Линейка
Сверлильный
станок
Сверлильный станок
2.3 Выполнение технических расчетов
1. Мощность, развиваемая ветродвигателем:
Nвет= ро*V*F/2*кси, где:
Nвет — мощность, Вт;
ро — плотность воздуха, кг/м3 (при t = <metricconverter productid=«15ﾰC» w:st=«on»>15°C и Р = <metricconverter productid=«760 мм» w:st=«on»>760 мм р.с.  ро =1,23 кг/м3)
V — скорость воздушного потока, м/с;
F- площадь лопасти, м2;
кси — коэффициент использования энергии ветра (у карусельных ветродвигателей лопастного типа кси = 0,18 — 0,48).     
Nвет = ро*V*F/2*кси
Найдем Nвет при скорости ветра 2 м/с
Nвет = 0,179 Вт
Найдем Nвет при скорости ветра 3 м/с
Nвет = 0,268 Вт
Найдем Nвет при скорости ветра 4 м/с
Nвет = 0,358 Вт
Найдем Nвет  при скорости ветра 5 м/с
Nвет = 0,447 Вт
Найдем Nвет при скорости ветра 6 м/с
Nвет = 0,537 Вт
2. Расчет КПД
η=2*Nвет/ρ*F* V, где:
η – КПД (%)
Nвет — мощность, Вт;
ро — плотность воздуха, кг/м3 (при t = <metricconverter productid=«15ﾰC» w:st=«on»>15°C и Р = <metricconverter productid=«760 мм» w:st=«on»>760 мм р.с.  ро =1,23 кг/м3)
V- скорость воздушного потока, м/с;
F- площадь лопасти, м2;
Найдем η при скорости ветра 2 м/с
η = 27,8 %
Найдем η при скорости ветра 3 м/с
η = 27,9 %
Найдем η при скорости ветра 4 м/с
η = 28,1 %
Найдем η при скорости ветра 5 м/с
η = 29,1 %
Найдем η при скорости ветра 6 м/с
η = 28 %
2.4 Расчет себестоимости.
Расчет себестоимость операции сборки изделия:
С=Сз р.+Си р.+Со р.+Сэ р.+Сп.д. р.
Расчет элементов:
1. Заработная плата основных рабочих:
Сз=Зч*tшт.к.= 200 руб./ч.*0,75ч.=150 р./шт.
Где tшт.к. – штучно-калькуляционное время выполнения операции, ч.
Зч – часовая тарифная ставка рабочего руб./час
2. Затраты на инструмент:
Си=Ци р.*Ии /А = 0,85 р.
Ци – цена приобретения или изготовления инструментов:
Паяльник – 50 р.
Сверло – 15 р.
Ножовка по металлу – 100 р.
Напильник – 30 р.
Сверлильный станок – 200 р.
Плоскогубцы – 30 р.
Ии=0,002–доля износа инструмента при обработке данной партии деталей, %
А=1 кол-во изделий выпускаемых в партии
3. Затраты на оснастку
Со=Цо р.*Ио/А шт. = 0,3 р.
Цо – цена приобретения или изготовления оснастки:
Стол – 100 р.
Стул – 50 р.
Ио = 0,002 – доля износа инструментов при обработке данной партии деталей, %
А = 1 – кол-во изделий выпускаемых в партии
4. Затраты  на силовую электроэнергию
Сэ=NTKз*Цэ=1,69 квт*6,58 ч. *0,1*1,5 р./кВт вчас =1,67 р.
N=1,69 кВт – суммарная мощность работы электрооборудования:
Паяльник – 690 Вт
Двигатель сверлильного станка – 1000 Вт
Т = 6+0,008+0,5=6,58, ч.
Кз – коэффициент учитывающий загрузку электрооборудования по мощности и времени, потери в эл. сети и КПД.
Цэ = 1,5 (р/кВт в час) – цена электроэнергии в рублях
Название
Стоимость (руб.)
Генератор
Стеклотекстолит
Светодиод
Лампочки
Аккумулятор
Провода
Проволока
Реле
Подшипник
Ременная передача
Общая сумма Сп.д.
250 за шт.
100 за м2
15 за шт.
5 за шт.
25 за шт.
10 за метр
40 за метр
5 за шт.
20 за шт.
40 за шт.
510 р.
Сизд = 150р.+0,85р.+0,3р.+1,67р.+510р.=662,82р

3.                Экспериментальная часть
3.1           Описание общей компоновки технического объекта.
Для изготовления ветродвигателя был выбран тип ветродвигателя карусельный. Он имеет наивысший коэффициент использования энергии ветра и более надёжны в эксплуатации. Лопасти сделаны из стеклотекстолита так как, он прочный, гибкий, упругий и легкий материал. Лопасти ветродвигателя имеют дугообразную форму, и они закреплены выпуклостями наружу, относительно оси. Это сделано для того, чтобы прирост парусности лопасти со стороны вогнутой ее части за счет центробежной силы, превышал этот прирост со стороны выпуклости по отношению к потоку воздуха, за счет обтекаемости выпуклого участка лопасти. Так же на концах лопасти есть пружины, они необходимы, для того чтобы при порыве ветра лопасти держали дугообразную форму. Механическое движение с оси на генератор передается с помощью ременной передачи, так как ее проще изготовить, и она лучше предает механическое движение. Корпус ветродвигателя имеет прямоугольную форму, внутри его расположен генератор, аккумулятор, реле, провода и светодиод, так же корпус обеспечивает устойчивость ветродвигателю.
Ветродвигатель состоит из двух лопастей, который жестко закреплены с одной стороны на направляющих, а с другой стороны лопасти присоединены с помощью втулки и пружины к каркасу, который в свою очередь закреплен на оси. Ось снизу держится на подшипнике, а сверху закреплена на балке. Механической движение с оси на генератор передается с помощью ременной передачи. Выработанное электричество генератором поступает к аккумулятору и светодиоду через провода. При переключении реле ток поступает через светодиод, аккумулятор и лампочку.

3.2 Описание элементов конструкции и их особенности и взаимосвязь.
Лопасти ветродвигателя связаны с осью через каркас и направляющие. С одной стороны лопасть приклеена к направляющей, а с другой стороны припаяна к каркасу через втулку и пружину. Ось держится снизу на подшипнике, а сверху на балке. Балка припаяна к корпусу с четырех сторон, что придает жесткость конструкции. Генератор вставлен в муфту, которая припаяна к корпусу. Аккумулятор приклеен к корпусу. Реле, светодиод и лампочка вставлена в корпус.
3.3 Описание работы объекта
Объект ветродвигатель предназначен для выработки энергии за счет силы ветра. При порыве ветра лопасть начинает вращаться, вращая за собой ось, ось передает движение через ременную передачу генератору, который вырабатывает электричество, которое поступает на светодиод и аккумулятор.
    продолжение
--PAGE_BREAK--За счет пружин, лопасти держат дугообразную форму. При работе ветродвигателя работают обе лопасти, за счет их дугообразной формы, которые закреплены выпуклостями наружу, относительно оси, когда на одну лопасть дует ветер, то он за счет обтекаемости выпуклого участка лопасти попадает на вторую лопасть, которая тоже имеет выпуклую форму тем самым, создавая дополнительное движение.
3.4           Недостатки конструкции
Недостатками конструкции является:
1)                Конструкция не устойчивая.
2)                При работе ветродвигателя происходит биение, что снижает скорость вращения оси.
3)                При сильных порывах ветра (от 7 и выше м/с) конструкция подвержена поломке.
4)                Генератор выдает слабое напряжение.
5)                Конструкция не полностью использует силу ветра.
6)                Ветродвигатель не работает при слабом ветре (1 м/с)

Заключение
Творческие способности – это индивидуальные особенности, качества человека, которые определяют успешность выполнения их творческой деятельности различного рода. Изобретательские способности – это креативное мышление, высокий уровень интеллекта, продуктивность умственной работы человека, обеспечивающие в совокупности получение нового продукта, обладающего новизной и полезностью. В обучении, новизна, как правило, является субъективной, т. е. новой только для учащегося, в то время как в реальной действительности существует критерий мировой новизны, т. е. новое в мире, а не только для учащегося. После анализа методов, подходов, приемов, средств видно, что для лучшего развития изобретательских способностей, в общеобразовательной школе, на мой взгляд, являются инструменты ТРИЗ (приемы), метод фокальных объектов, метод мозгового штурма, решение конструкторских задач.
Ветродвигатель должен работать при слабом порыве ветра и при постоянных переменах направления ветра. Лопасти ветродвигателя должны быть изготовлены из тонкого, легкого, упругого материала и должны иметь дугообразную форму. Ветродвигатель должен быть снабжен аккумулятором, чтобы генерируемая энергия накапливалась.
Объект ветродвигатель предназначен для выработки энергии за счет силы ветра. При порыве ветра лопасть начинает вращаться, вращая за собой ось, ось передает движение через ременную передачу генератору, который вырабатывает электричество, которое поступает на светодиод и аккумулятор.
За счет пружин, лопасти держат дугообразную форму. При работе ветродвигателя работают обе лопасти, за счет их дугообразной формы, которые закреплены выпуклостями наружу, относительно оси, когда на одну лопасть дует ветер, то он за счет обтекаемости выпуклого участка лопасти попадает на вторую лопасть, которая тоже имеет выпуклую форму тем самым, создавая дополнительное движение.
Библиографический список
1.                doc.unicor.ru/tt/350.html
2.                doc.unicor.ru/tt/860.html
3.                doc.unicor.ru/tt/357.html
4.                В. В. Колотилов, В. А. Рузаков и др. Техническое моделирование и конструирование: Учебное пособие. – М.: Просвещение, 1983г. – 24-26с.
5.                Кудрявцев А. В. “Обзор методов технического творчества”. – М.: 1987г.
6.                В. В. Колотилов, В. А. Рузаков и др. Техническое моделирование и конструирование: Учебное пособие. – М.: Просвещение, 1983г. – 28-31с.
7.                Словарь Ожегова
8.                Материалы лекций
9.                www.NTPO.com

Приложение 1
Объекты аналоги
ВЕТРОДВИГАТЕЛЬ ДЛЯ ВЕТРЯКА
Имя изобретателя: Лисняк Станислав Афанасьевич (RU); Вялых Сергей Васильевич (RU) 
Имя патентообладателя: Лисняк Станислав Афанасьевич (RU); Вялых Сергей Васильевич
Адрес для переписки: 690001, г.Владивосток, ул. Пушкинская, 37, ДВГТУ, патентный отдел, М.И. Звонареву
Дата начала действия патента: 2005.02.21 
Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано для преобразования энергии движения ветра в механическое вращение вала ветродвигателя, к которому могут быть присоединены различные механические устройства или преобразователи механической энергии. Технический результат, заключающийся в упрощении конструкции ветродвигателя, уменьшении его массогабаритных характеристик, увеличении коэффициента использования энергии ветра, обеспечивается за счет того, что в ветродвигателе, содержащем ветроколесо с вертикальной осью вращения, снабженное не менее чем тремя ветровоспринимающими элементами, скрепленными с радиальными траверсами, закрепленными на вертикальной оси вращения перпендикулярно ей, при этом внешние концы траверс оперты на кольцевую опору, кроме того, ветроколесо установлено с возможностью взаимодействия с генератором электрической энергии, согласно изобретению каждый ветровоспринимающий элемент выполнен в виде щелевого крыла, содержащего не менее двух параллельных лопастей, профилю поперечного сечения которых придана серповидная форма, выпуклая в сторону вращения ветроколеса и вогнутая со стороны ветровоспринимающих поверхностей, при этом ширина и длина лопастей щелевого крыла увеличивается от его поверхности, воспринимающей ветер, не менее чем на 5% от размеров соседней наименьшей, причем поперечному сечению наибольшей лопасти каждого щелевого крыла придана каплеобразная форма, для чего радиус кривизны профиля центральной части ее выпуклой поверхности выполнен меньше, чем у остальных лопастей щелевого крыла.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретение относится к устройствам для преобразования энергии движения ветра в механическое вращение вала ветродвигателя, к которому могут быть присоединены различные механические устройства или преобразователи механической энергии.
Известен ветродвигатель в котором в центральной области потока ветер непосредственно действует на многолопастной ротор, а справа и слева от потока установлены подвижные заслонки, по периметру вне ротора (слева открывают потоку движение, а справа перекрывают), причем эти заслонки также использованы в качестве направляющего аппарата для направления ветрового потока к ротору (см. патент РФ №2074980).
Недостаток этого решения — сектор использования ветра не превышает угла 120°, зато значительно увеличены габариты всего устройства и усложнена конструкция даже в сравнении с лопастным ветроагрегатом.
Известен ветродвигатель, выполненный в виде осевой турбины с сопловым аппаратом и содержащий электрогенератор, переднюю, центральную, дополнительную и наружные оболочки. Перечисленные оболочки создают между смежными поверхностями три канала, каждый из которых представляет собой сопло Лаваля (см. патент РФ №2124142).
По утверждению автора, такая конструкция обеспечивает высокую эффективность использования ветра, что весьма спорно, так как диаметр внешней оболочки более чем на порядок больше диаметра самой турбины, значит аэродинамический момент оболочки будет почти в тысячу раз больше сопротивления турбины. Утверждение автора о том, что капиталовложения на 1 кВт мощности такого ветроагрегата будут не более 0,25 капиталовложений для классического ветряка не выдерживают критики (в настоящее время во всем мире капиталовложения на 1 кВт мощности ветроагрегатов составляют в среднем 1500-2000$).
Известен также ветродвигатель, содержащий ветроколесо с вертикальной осью вращения, снабженное не менее чем тремя ветровоспринимающими элементами, скрепленными с радиальными траверсами, закрепленными на вертикальной оси вращения перпендикулярно ей, при этом внешние концы траверс оперты на кольцевую опору, кроме того, ветроколесо установлено с возможностью взаимодействия с генератором электрической энергии (см. пат. РФ по з-ке №2002130128 от 10.11.2002 «Ветроэнергетическая установка», решение о выдаче патента от 08.01.2004 г.).
Недостаток этого решения — громоздкость и сравнительно небольшой сектор использования ветра, кроме того, для обеспечения безопасности эксплуатации конструкции, имеющей развитую площадь ветровоспринимающих элементов, она снабжена устройствами для изменения их площади парусности.
Задача, на решение которой направлено заявленное техническое решение, — упрощение конструкции ветродвигателя, уменьшение его массогабаритных характеристик, увеличение его коэффициента использования энергии ветра.
Технический результат, получаемый при решении поставленной задачи, выражается в том, что при наличии ветра, независимо от его направления, на его ветровоспринимающих элементах от 0 до 180° направления ветра возникают аэродинамические силы, заставляющие вращаться вал двигателя, так как поверхности ветровоспринимающих элементов, движущиеся навстречу ветру, имеют более низкое аэродинамическое сопротивление. При этом обеспечивается увеличение сектора использования ветра до 175° угла поворота вала, т.е. в 1,6 раза выше классических (на углах от 2,5° до 177,5° от направления ветра). Кроме того, выполнение лопасти по типу щелевого крыла Жуковского Н.Е. позволяет повысить аэродинамические силы на лопасти в 1,7-2 раза в сравнении с одинарной — обычной лопастью.
Для решения поставленной задачи ветродвигатель, содержащий ветроколесо с вертикальной осью вращения, снабженное не менее чем тремя ветровоспринимающими элементами, скрепленными с радиальными траверсами, закрепленными на вертикальной оси вращения перпендикулярно ей, при этом внешние концы траверс оперты на кольцевую опору, кроме того, ветроколесо установлено с возможностью взаимодействия с генератором электрической энергии отличается тем, что каждый ветровоспринимающий элемент выполнен в виде щелевого крыла, содержащего не менее двух параллельных лопастей, профилю поперечного сечения которых придана серповидная форма, выпуклая в сторону вращения ветроколеса и вогнутая со стороны ветровоспринимающих поверхностей, при этом ширина и длина лопастей щелевого крыла увеличивается от его поверхности, воспринимающей ветер, не менее чем на 5% от размеров соседней наименьшей, причем поперечному сечению наибольшей лопасти каждого щелевого крыла придана каплеобразная форма, для чего радиус кривизны профиля центральной части ее выпуклой поверхности выполнен меньшим, чем у остальных лопастей щелевого крыла. Кроме того, образующая ветровоспринимающей поверхности наименьшей из лопастей щелевого крыла радиальна и перпендикулярна вертикальной оси вращения.
Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками прототипа и аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию «новизна».
Признаки отличительной части формулы обеспечивают решение следующих функциональных задач:
Признаки «каждый ветровоспринимающий элемент выполнен в виде щелевого крыла, содержащего не менее двух параллельных лопастей» позволяют повысить аэродинамические силы на ветровоспринимающем элементе в 1,7-2 раза в сравнении с обычной — одинарной лопастью.
Признаки «профилю поперечного сечения лопастей придана серповидная форма, выпуклая в сторону вращения ветроколеса и вогнутая со стороны ветровоспринимающих поверхностей» обеспечивают, что при наличии ветра, независимо от его направления, на ветровоспринимающих элементах от 0 до 180° направления ветра возникают аэродинамические силы, заставляющие вращаться вал двигателя, так как поверхности ветровоспринимающих элементов, движущиеся навстречу ветру, имеют более низкое аэродинамическое сопротивление, чем ветровоспринимающие поверхности.
Признак «ширина и длина лопастей щелевого крыла увеличивается от его поверхности, воспринимающей ветер, не менее чем на 5% от размеров соседней наименьшей» обеспечивает возможность взаимодействия с ветром всех лопастей щелевого крыла.
Признаки «поперечному сечению наибольшей лопасти каждого щелевого крыла придана каплеобразная форма, для чего радиус кривизны профиля центральной части ее выпуклой поверхности выполнен меньшим, чем у остальных лопастей щелевого крыла» позволяют до минимума снизить аэродинамическое сопротивление передней кромки ветровоспринимающих элементов.
Признаки второго пункта формулы изобретения задают пространственную привязку лопастей щелевого крыла по отношению к оси вращения.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 показан общий вид ветродвигателя; на фиг.2 показано укрупнено щелевое крыло; на фиг.3 и 4 показано взаимодействие ветроколеса с ветром при различных углах поворота колеса к ветру.
Ветродвигатель содержит ветроколесо с вертикальной осью вращения 1, снабженное не менее чем тремя ветровоспринимающими элементами 2, скрепленными с радиальными траверсами 3, жестко закрепленными на вертикальной оси вращения 1 перпендикулярно ей (при больших размерах ветроколеса число траверс равно двум, при малых можно использовать только одну траверсу). Внешние концы 4 траверс 3 оперты на кольцевую опору 5. При необходимости (при больших размерах ветровоспринимающих элементов), можно использовать две параллельные кольцевые опоры, разнесенные по высоте друг над другом, но по нашим расчетам в большинстве случаев достаточно одной. Ветроколесо установлено с возможностью взаимодействия с генератором электрической энергии 6. Каждый ветровоспринимающий элемент 2 выполнен в виде щелевого крыла, содержащего не менее двух параллельных лопастей 7, разнесенных в плоскости вращения ротора друг от друга на 0,3 хорды лопасти по типу щелевого крыла Жуковского Н.Е. Профилю поперечного сечения лопастей 7 придана серповидная форма, выпуклая в сторону вращения 8 ветроколеса и вогнутая со стороны ветровоспринимающих поверхностей 9, при этом ширина и длина лопастей щелевого крыла увеличивается от его вогнутой поверхности, воспринимающей ветер, не менее чем на 5% от размеров соседней наименьшей. Поперечному сечению наибольшей лопасти каждого щелевого крыла придана каплеобразная форма, для чего радиус кривизны профиля центральной части ее выпуклой поверхности выполнен меньшим, чем у остальных лопастей щелевого крыла. Кроме того, образующая ветровоспринимающей поверхности 9 наименьшей из лопастей 7 щелевого крыла радиальна и перпендикулярна вертикальной оси вращения 1.
Внешние концы траверс снабжены роликами 10 с ребордами, которыми они оперты на кольцевую опору 5, с возможностью качения по ней. Кольцевая опора 5 зафиксирована на опорных мачтах 11 (как минимум, трех).
Ветродвигатель работает следующим образом. При наличии ветра, на ветровоспринимающих элементах 2, при направлениях ветра от 0 до 180° возникают аэродинамические силы, заставляющие вращаться вал двигателя (вертикальную ось вращения), так как поверхности щелевых крыльев, движущиеся навстречу ветру, имеют более низкое аэродинамическое сопротивление. При этом, в активной зоне щелевых крыльев возникают дополнительные аэродинамические силы в соответствии со свойствами щелевого крыла, которые повышают аэродинамические силы, действующие на лопасти, в 1,7-2 раза в сравнении с одинарной — обычной лопастью.
Взаимодействие ветровоспринимающих элементов 2 с ветром представлено на фиг.3, 4 при различных углах поворота вертикальной оси вращения 1.
Из чертежей следует, что при повороте блока лопастей от 0° до 180° практически сохраняется результирующая аэродинамическая сила на ветровоспринимающем элементе.
Увеличение числа лопастей в ветровоспринимающих элементах свыше трех приведет только к снижению эффективности ветродвигателя.
При повороте ветровоспринимающих элементов от 0° до 180° практически сохраняется результирующая аэродинамическая сила на нем.
    продолжение
--PAGE_BREAK--Наличие кольцевой опоры 5, укрепленной не менее чем на трех опорных мачтах 11, обеспечивает почти полную разгрузку вертикальной оси вращения и траверс ветродвигателя от опрокидывающего момента при ветре любой силы.
Вращение вертикальной оси вращения 1 передается на вал генератора электрической энергии 6 с выработкой электроэнергии.
Таким образом, предлагаемая конструкция позволяет увеличить ветроэффективность ветродвигателя почти в 3,2 раза в сравнении с классической и довести ее до величины 0,65-0,75.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Ветродвигатель, содержащий ветроколесо с вертикальной осью вращения, снабженное не менее чем тремя ветровоспринимающими элементами, скрепленными с радиальными траверсами, закрепленными на вертикальной оси перпендикулярно ей, при этом внешние концы траверс оперты на кольцевую опору, кроме того, ветроколесо установлено с возможностью взаимодействия с генератором электрической энергии, отличающийся тем, что каждый ветровоспринимающий элемент выполнен в виде щелевого крыла, содержащего не менее двух параллельных лопастей, профилю поперечного сечения которых придана серповидная форма, выпуклая в сторону вращения ветроколеса и вогнутая со стороны ветровоспринимающих поверхностей, при этом ширина и длина лопастей щелевого крыла увеличивается от его поверхности, воспринимающей ветер, не менее чем на 5% от размеров соседней наименьшей, причем поперечному сечению наибольшей лопасти каждого щелевого крыла придана каплеобразная форма, для чего радиус кривизны профиля центральной части ее выпуклой поверхности выполнен меньшим, чем у остальных лопастей щелевого крыла.
2. Ветродвигатель по п.1, отличающийся тем, что образующая ветровоспринимающей поверхности наименьшей из лопастей щелевого крыла радиальна и перпендикулярна вертикальной оси вращения.

Приложение 2
КАРУСЕЛЬНЫЙ ВЕТРОДВИГАТЕЛЬ
Имя изобретателя: Султанов Адхам Закирович
Имя патентообладателя: Султанов Адхам Закирович
Адрес для переписки:
Дата начала действия патента: 1991.02.01
Использование: в ветроэнергетике. Сущность изобретения: ветродвигатель содержит вертикальный полый вал, установленные на нем горизонтальные поворотные валы с лопастями, ветронаправляющее устройство, вертикальные стойки, каркас, выполненный в виде связанных между собой дугами радиальных траверс, соединенных с вертикальными стойками, укрепленные на стойках кулисы с П-образным сечением, водило с пальцем, подшипником и отверстиями, одно из которых выполнено шлицевым. Горизонтальные валы связаны со стойками с одной стороны при помощи резьбового соединения, а с другой шлицевым соединением и связаны с водилом, соединенным через палец и подшипник с кулисой. Ветронаправляющее устройство укреплено на стойках.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретение относится к ветродвигателям, работающим при любой скорости ветра, включая ураганный.
Целью изобретения является повышение КПД и надежности в работе при любой скорости ветра, включая ураганный.

Карусельный ветродвигатель содержит полый вертикальный вращающийся вал 1 с диаметром d, оканчивающийся шипом 2, общей высотой H + Н1 с взаимоперпендикулярными ступенчатыми отверстиями 3, выполненными на двух уровнях с высотой h (фиг. 1 и 3) и взаимодействующими с взаимоперпендикулярными горизонтальными валами 4. Один конец последних оканчивается шипом 5 и резьбой, а другой конец — таким же шипом 5, затем шлицами и резьбой. В противоположной стороне отверстий 3 выполняются окна 6 (фиг. 1 и 3), закрывающиеся через регулировочные прокладки крышками 7, закрепленными болтами (осевые линии). На крышках 7 выполнены отверстия, взаимодействующие с валами 4. Для предотвращения осевого перемещения вала 4 на него насаживается втулка 8, закрепленная на валу 4 болтом (осевая линия). Торцы втулки 8 взаимодействуют с внутренней стенкой вала 1 и внутренней стенкой крышки 7. Если диаметр вала 1 позволяет пройти человеку, то окно 6 на валу 1 не выполняется, так как втулку 8 на вал 4 насаживает человек, находясь внутри вала 1. Валы 4 выполняются с двумя взаимоперпендикулярными щелями 9, в которые насаживаются лопасти 10, крепящиеся болтами (осевые линии). Шипы 5 валов 4 насаживаются в отверстия, выполненные на стойках 11 и их левые концы через шайбы крепятся гайками (фиг. 1-3). На шлицы (правые концы валов 4) через шайбы насаживаются водила 12 (фиг. 1-3) и через шайбы крепятся гайками. На гладкое отверстие водила 12 насаживается палец 13 и через шайбу крепится гайкой (не показана), а на другой конец пальца 13 насаживается подшипник 14, взаимодействующий с кулисой 15 П-образного сечения, закрепленный на ветронаправляющие стойки 16. Для того, чтобы подшипник 14, насаженный на палец 13, точно двигался по кривой дорожке (фиг. 4), т. е. по кулисе 15, ее сечение выполняется обязательно П-образным. Вертикальные стойки 11 крепятся (осевая линия) на торцы радиальных балок 17, внутренние концы которых крепятся на кольцо 18, закрепленное сваркой (болтами) на вал 1. Верхние концы вертикальных стоек 11 крепятся на наружные торцы верхних радиальных балок 19 (осевая линия), а их внутренние концы крепятся на кольцо 20 (осевые линии), надетое на шип 2 и закрепленное болтами (осевые линии). С целью повышения жесткости наружные концы радиальных балок 17 соединяются дугами 21, образующими кольцо. Нижние концы вертикальных ветронаправляющих стоек 16 крепятся (осевые линии) на торцы радиальных балок 22, внутренние концы которых крепятся (осевые линии) на кольцо 23 (фиг. 1), взаимодействующее через ролики (не показаны) с валом 1 и кольцом 18. Радиальные балки 22 соединяются такими же дугами, как дуги 21, образующими кольцо, взаимодействующее через ролики со сплошным кольцом 24, закрепленным на крышке. Верхние концы ветронаправляющих стояков 16 крепятся на торцы радиальных балок 25, крепящихся на кольцо 26, взаимодействующие через подшипник (не показан) с шипом 2 и через ролики с кольцом 20. Радиальные балки 19 и 25 соединяются дугами как дуги 21 (фиг. 5).
Направляющий хвост 27 (фиг. 2) крепится на ветронаправляющую стойку 16 и с целью горизонтального направления ветра на радиальные балки 25 крепится кровля 28.
Если высота ветродвигателя (Н + Н1) более <metricconverter productid=«50 м» w:st=«on»>50 м, устанавливается крестовина 29, взаимодействующая через ролики с кольцом 26, и на нее крепится заглушка 30. Крестовина натягивается тросами 31.
Для повышения мощности ветродвигателя к ветронаправляющим стойкам 16 крепится вертикальный щит 32 с длиной В и под углом b = 15о и вертикальный щит 33 под углом b = 45о и длиной С. Расстояние между торцами щитов 32 и 32 составляет e. Продолжением щита 32 является дуговой щит 34, закрепленный на ветронаправляющие стойки 16, занимающий сектор с углом охвата a = 90о, дуговой щит 35 с углом охвата a1 = 50о. Между вертикальными щитами 32 и 33 образуется диффузор 36 (e = 2R).
Для передачи крутящего момента на вал 1 крепятся шкив 37, шестерня 38, к которым присоединяются потребители энергии: электрогенератор 39, компрессор 40, установленные в помещении, содержащем фундамент 41 со стенами и закрывающимся потолком 42, где установлено кольцо 24. В отверстие потолка 42 установлен подшипник 43, а на фундамент — подшипник 44, взаимодействующие с валом 1.
Для поворота цилиндрической ветронаправляющей рамы, состоящей из вертикальных стоек 16, на которые закреплены дуговые щиты 34 и 35 и вертикальные щиты 32 и 33, направленные против (вдоль) ветра, служит хвост 27. Для ликвидации массивного металлоемкого хвоста 27 выполняют флюгер, точно определяющий направление ветра. Автоматически выполняет функции хвоста 27 электромотор 45, выполненный с червяком 46, взаимодействующий с червячным колесом 47, закрепленным на нижние ребра радиальные балок 22.
Веpхние концы вертикальных ветронаправляющих стоек 16, закреплены на радиальных балках 25, внутренние концы которых закреплены на кольце 26, взаимодействующем через ролики с кольцом 20. Нижние концы ветронаправляющих стоек 16 закреплены на наружные торцы радиальных балок 22, а внутренние концы закреплены на кольцо 23, взаимодействующее с валом 1 и через ролики с кольцом 18. Кольцо, образованное дугами, закрепленными на радиальные балки 22, взаимодействует через ролики с кольцом 24, закрепленным на потолке 42, предотвращающем раскачивание вала 1 в вертикальном направлении. Благодаря хвосту 27 ветродвигатель всегда находится в рабочем состоянии, т. е. диффузор 36 всегда направлен против ветра.
Если установлен флюгер, соединенный автоматом, то направление диффузора 36 против ветра выполняется электромотором 45, выполненным с червяком 45, взаимодействующим с червячным колесом 47, закрепленным на радиальные балки 22.
Поток ветра (стрелки), движущийся ниже кровли 28, входящие в диффузор 36 с шириной e (e = 2R), обрушивается на правую лопасть 10, закрепленную на щели 9 вала 4, шипы 5 которого взаимодействуют с отверстиями, выполненными на стойках 11, закрепленных на радиальных балках 17, закрепленных дугами 21 на кольцо 18, закрепленное на вал 1, вращающийся по часовой стрелке w. Ветер, ударяясь о щит 33, находящийся под углом b1, рикошетом ударяется о лопасть 10, находящуюся параллельно к ветру, вращает вал 1 по часовой стрелке, часть ветра движется между дуговым щитом 35 и верхней лопастью 10. Ввиду того, что щит 32 — под меньшим углом b(b<b1), ветер, ударяясь с незначительным рикошетом, увеличивает скорость (закон Бернулли) и двигается к правой лопасти 10, длина лопасти 10 — R = e: 2. Следовательно, скорость v ветра увеличится в 2 раза. При скорости ветра v = 8 м/с, при массе проходящего за 1 с 10 т энергия ветра составит <imagedata src=«dopb149957.zip» o:><img border=«0» width=«165» height=«36» src=«dopb149957.zip» v:shapes="_x0000_i1034">При скорости (8Ч2 = 16 м/с) энергия ветра составит <imagedata src=«dopb149958.zip» o:><img border=«0» width=«131» height=«35» src=«dopb149958.zip» v:shapes="_x0000_i1035">По мере вращения правой лопасти 10 масса ветра оказывается между двумя лопастями и дуговым щитом 34, создающим крутящий момент на валу 1, до тех пор, пока лопасть 10 не пройдет нижнего торца дугового щита 32. Kогда лопаcть 10 пройдет ветровую тень, создаваемую валом 1 (линия Оe, образующая угол a3), вал 4, на торце которого закреплено шлицами водило 12, а на другом конце крепится палец 13 с подшипником 14, взаимодействующим с кулисой 15, проходя по ее наклонной части, начнет поворачивать лопасть 10 (пунктиры в наклонной части кулисы, фиг. 4) в горизонтальное положение (левая часть от вала 1), до тех пор пока она не станет в горизонтальное положение (параллельно к листу) к движению ветра. Благодаря взаимодействию торцов втулки 8 с внутренней поверхностью вала 1 и крышки 7, закрывающей окно 6, вал 4, взаимодействующий с отверстием 3, не может перемещаться осевом направлении.
На левой стороне (фиг. 1 и 2) от вала 1 лопасть 10 двигается параллельно к движению ветра до тех пор, пока вал 4 не дойдет (около 10о) до линии ОС, лопасть 10 принимает вертикальное положение к листу и ветер от щита 33 рикошетом начинает двигать лопасть по часовой стрелке. Цикл повторяется. Таким образом, рабочий ход лопасти 10 длится около a2= 220о (фиг. 2).
С целью предотвращения вала 1 от вертикальной качки, когда Н1 + Н = <metricconverter productid=«50 м» w:st=«on»>50 м и более, ветродвигатель выполняется с крестовиной 29, закрытой фланцем 30, натянутой тросами 31, взаимодействующей через подшипник с шипом 2 и через ролики с кольцом 26.
От вала 1 крутящий момент передается шкиву 37, шестерне 38, электрогенератору 39, компрессору 40 и другим потребителям энергии, установленным в помещении, содержащем фундамент 41, стен, потолок 42, в отверстие которого установлен подшипник 43 и подшипник 44, установленный в фундаменте 41. Подшипники взаимодействуют с валом 1.
Удобно, безопасно через шкив и шестерню снимать мощность и подключать любого потребителя. Мощность можно снять от известных крыльчатых ветряков.
КПД использования энергии ветра известных карусельных и барабанных ветродвигателей, выполненных с ширмами, составляют около 10%. Лопасти ветродвигателя системы Савониуса, выполненные выпуклыми и вогнутыми поверхностями, находятся перпендикулярно к движению ветра, поэтому по выпуклой поверхности ветер скользит и действует на изогнутую поверхность. Рабочий ход составляет 180о поворота вала. Но несмотря на это КПД составляет 0,23.
КПД использования энергии ветра современными быстроходными крыльчатками (винтовыми) ветродвигателями составляет около 40% (0,4), и они трогаются при скорости ветра 4-6 м/с. У предложенного ветродвигателя одна половина лопасти (от оси вала 1) находится перпендикулярно к направлению ветра, а другая половина лопасти — горизонтально. Благодаря диффузору скорость ветра увеличивается в 2 раза, а рабочий ход равен 220о поворота вала, что позволяет резко повысить КПД использования ветра, он составит более 0,9. Для расчета КПД примем hисп.в. = 0,5.
Номинальная мощность всех типов ветродвигателей рассчитывается при скорости ветра около 8 м/с.
Коэффициент завихрения ветра примем 0,95, механический КПД (вал 1 вращается на подшипниках качения) hм = 0,92-0,98. Общее КПД hобщ = 0,95 (0,92 + 0,98): 2 = 0,9. Скорость ветра 8 м/с, высота Н = <metricconverter productid=«100 м» w:st=«on»>100 м, диаметр вала 1 d = <metricconverter productid=«4 м» w:st=«on»>4 м с учетом диаметра d радиус R = <metricconverter productid=«10 м» w:st=«on»>10 м.
При скорости ветра v = 8 м/с на один кв. метр лопасти давление Р ветра составит 110 кгс/м2. При указанных параметрах частота вращения вала 1 без нагрузки составит n = 60c/pA (об. /мин), n = (8Ч60)/(3,14Ч20) = 8 об. /мин.
С учетом повышения скорости ветра в районе лопасти 10 в 2 раза частота вращения вала 1 составит 16 об. /мин, но под нагрузкой вал 1 вращает n = 8 об. /мин. Общее давление ветра на одну половину лопасти 10 составит Робщ = 100х10х110 = <metricconverter productid=«110000 кг» w:st=«on»>110000 кг. Сила приложения давления R: 2.
Определим крутящий момент Mкр= PобщЧ R/2 = 110000 10/2 = 550000 (кгЧм) = 550000 (кг Ч м). Мощность N = <imagedata src=«dopb149959.zip» o:><img border=«0» width=«45» height=«35» src=«dopb149959.zip» v:shapes="_x0000_i1036">ЧhобщЧhисп.в.=550000Ч8/975Ч0,9Ч0,5 = 2031 кВТ, где 975 — переводной коэффициент на кВт.
При скорости ветра 16 м/с давление Р на один кв. метр составит около <metricconverter productid=«140 кг» w:st=«on»>140 кг, скорость вращения вала 1 под нагрузкой составит 16 об. /мин.
Мкр = 140х100х10х5 = 700000 кгм, N = (700000Ч16)/975 0,95 Ч 0,5 = 5482 кВт.
Следует напомнить, что энергия ветра пропорционально кубу его скорости. При повышении скорости ветра в 2 раза, энергия возрастает (16/8)3 = 8 раз, следовательно, мощность тоже должна возрастать — 2031х8 = = 16248 кВт. Подсчитывая заниженными цифрами, получили 5482 кВт.
На острове Новая Земля скорость ветра (Новоземельская бора) достигает 50 м/с. При скорости ветра давление Р на один кв. метр составит более Р = 400 кгс/м2, Мкр = 400х100х10х5 = <metricconverter productid=«2000000 кг» w:st=«on»>2000000 кг, N = (2000000Ч85)/(975Ч0,9Ч0,5) = 78000 кВт.
На Новой Земле среднюю скорость ветра примем 10 м/с, тогда n = 10 об. /м, давление Р = 120 кгс/м2. Получим Мкр = 120х100х10х5 = 600000 кгм, N = (6000000Ч10)/975х0,9х0,5 = 2700 кВт. В течение года (за 360 дней) он выработает энергию — Е = 2700х24х360 = 23328000 кВт.
Для выработки 2 трлн кВт электроэнергии (в СССР вырабатывается около 2 трлн кВт) необходимо построить 2000000000000: 23328000 = 86000 шт ветроэлектростанций. При стоимости одной станции 100 тыс. руб. со всем оборудованием, то для строительства всех потребуется 8,6 млрд. руб. — это стоимость двух АЭС.
Предложенные ветродвигатели вырабатывают водород для всего вида транспорта, а кислород для промышленности.
Ветры дуют везде, даже в районе Крылатском (г. Москва, на метеостанции Крылатское (на берегу гребного канала), средняя скорость ветра за 1987 год составила 7,5 м/с, <metricconverter productid=«1988 г» w:st=«on»>1988 г. — 7 м/с, <metricconverter productid=«1989 г» w:st=«on»>1989 г. — 7,2 м/с.
На вершине Хадум-горы, где функционирует Чиркейская ГЭС, Дагестанская АССР, ветры дуют также, как на Новой Земле.
Объем Q предложенного ветродвигателя составит Q = p R2H = 3,14х102х100 = 30000м3 — это половина объема только одного железнодорожного тупика ТЭС, мощностью 1,2 млн. кВт, которая содержит девять крупных объектов, начиная от главного здания ТЭС, кончая подземным бункером топлива, глубоко нарушающая экологию. (56) Фатеев Е. Ф. Ветродвигатели и ветроустановки. М.: Сельхозгиз, 1957.
Заявка Франции N 2288878, кл. F 03 D 3/00, опубл. 1976.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
КАРУСЕЛЬНЫЙ ВЕТРОДВИГАТЕЛЬ, содержащий вертикальный полый вал, установленные на нем горизонтальные поворотные валы с лопастями, ветронаправляющее устройство, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД и надежности, он снабжен вертикальными стойками, каркасом, выполненным в виде связанных между собой дугами радиальных траверс, соединенных с вертикальными стойками, укрепленными на стойках кулисами с П-образным сечением, водилом с пальцем, подшипником и отверстиями, одно из которых выполнено шлицевым, горизонтальные валы связаны со стойками с одной стороны при помощи резьбового соединения, а с другой — шлицевым соединением и связаны с водилом, соединенным через палец и подшипник с кулисой, а ветронаправляющее устройство укреплено на стойках.
    продолжение
--PAGE_BREAK--
Приложение 3
ВЕТРОВАЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА
Имя изобретателя: Миронов Николай Иванович (RU) 
Имя патентообладателя: Миронов Николай Иванович (RU)
Адрес для переписки: 690000, г.Владивосток, ул. Уборевича, 10б, кв.5, Н.И.Миронову
Дата начала действия патента: 2002.08.07 
Изобретение относится к области ветроэнергетики и может быть использовано для преобразования энергии ветра в электрическую энергию. Технический результат заключается в повышении мощности ветроустановки. Ветроэнергетическая установка содержит горизонтальную платформу, опертую на рельс, с жестко закрепленным на ней флюгером, рабочая поверхность которого проходит через ось поворота горизонтальной платформы. На платформе закреплены валы, на которые надеты радиальные траверсы, концы траверс шарнирно связаны балками. Балки установлены с возможностью возвратно-поступательного движения параллельно одна другой и рабочей поверхности флюгера, проходящей через вертикальные валы. Поворотные лопатки установлены на вертикальных осях в опорных рамах, каждая из которых жестко закреплена на балке, кинематическую связь с электрогенератором выполняют консольные балки, шарнирно соединенные с траверсами и передающие возвратно-поступательное движение инерциальному элементу, установленному с возможностью вращения на горизонтальных направляющих поворотной рамы. Инерциальный элемент снабжен храповыми муфтами, контактирующими каждая на своем участке с винтовой поверхностью вала, разделенной на два участка, закрутка которых выполнена в противоположные стороны.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано для преобразования энергии ветра в электрическую энергию.
Известна ветровая энергетическая установка (А.С. СССР №1451330, кл. F 03 D 7/06, <metricconverter productid=«1989 г» w:st=«on»>1989 г.), содержащая парусообразные лопасти, установленные на радиальной траверсе, размещенной на вертикальном валу, и кинематически связанная с электрогенератором, механизм изменения рабочей площади лопастей и механизм ориентирующий, выполненный в виде флюгера.
Недостаток этого технического решения — невозможность обеспечить высокую мощность генератора.
Наиболее близкой по технической сущности является выбранная за прототип (патент России №2002107, кл. МКИ <metricconverter productid=«4 F» w:st=«on»>4 F 03 D 3/00, F 03 D 3/06, F 03 D 5/00, F 03, 7/06, 30.10.1993 г.) ветровая энергетическая установка, содержащая ротор в виде поворотной относительно опорной поверхности горизонтальной платформы с флюгером, поворотные лопатки, образующие парусообразные плоскости, установленные на вертикальных осях в опорных рамах, закрепленных на тележках, установленных с возможностью возвратно-поступательного движения по направляющим, параллельным друг к другу, размещения на валу, закрепленному на горизонтальной платформе, радиальная раздвижная траверса шарнирно связана с тележками, кинематическая связь выполнена в виде шарнирно соединительного с траверсной вала с винтовой поверхностью, разделенной на два участка с закруткой встречного направления, генератор размещен на валу, корпус генератора шарнирно закреплен на горизонтальной платформе.
Данная ветроэнергетическая установка не лишена недостатков, основной из которых — невозможность обеспечить высокую мощность установки, ограничение мощности на валу генератора обусловлено невозможностью увеличения рабочих парусообразных плоскостей, т.к. этому препятствует несущая возможность тележек, совершающих возвратно-поступательные перемещения по направляющим.
Технический результат заключается в повышении мощности установки за счет обеспечения возможности повышения мощности на валу генератора.
Ветровая энергетическая установка содержит горизонтальную платформу с флюгером, вертикальный вал и закрепленную на нем раздвижную радиальную траверсу, шарнирно связанную с тележками, установленными с возможностью возвратно-поступательного движения по направляющим, поворотные лопатки, установленные на вертикальных осях в опорных рамках, закрепленных на тележках, и электрогенератор, кинематически связанный с лопатками винтовым валом с закрутками встречного направления. При этом установка снабжена дополнительным вертикальным валом и закрепленной на нем дополнительной радиальной траверсой, концы траверс шарнирно связаны балками, установленными с возможностью возвратно-поступательного движения параллельно одна другой и рабочей поверхности флюгера, размещенной в вертикальной плоскости и проходящей через вертикальные валы, поворотные лопатки установлены на вертикальных осях в опорных рамах, каждая из которых жестко закреплена на балке, а кинематическая связь с электрогенератором выполнена в виде шарнирно соединенных с траверсами консольных балок, передающих возвратно-поступательное движение инерциальному элементу, установленному с возможностью вращения на горизонтальных направляющих поворотной рамы и снабженному храповыми муфтами, контактирующими каждая на своем участке с винтовой поверхностью, разделенной на два участка, закрутка которых выполнена в противоположные стороны.
Предлагаемая ветровая энергетическая установка отличается тем, что позволяет отказаться от тележек, совершающих возвратно-поступательные перемещения по направляющим, кроме того, установка снабжена инерциальным элементом, включенным в кинематическую связь с электрогенератором.
Таким образом, заявляемая ветровая энергетическая установка соответствует критерию изобретения «новизна».
Ветровая энергетическая установка поясняется чертежами, где:
<imagedata src=«dopb149960.zip» o:><img border=«0» width=«504» height=«357» src=«dopb149960.zip» alt=«ВЕТРОВАЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА» v:shapes="_x0000_i1037">
Фиг.1 изображен общий вид ветроэнергетической установки
<imagedata src=«dopb149961.zip» o:><img border=«0» width=«504» height=«337» src=«dopb149961.zip» alt=«ВЕТРОВАЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА» v:shapes="_x0000_i1038">
Фиг.2 изображен разрез электрогенератора и привод к нему
На опорной поверхности размещен кольцеобразный рельс 2, горизонтальная платформа 3 снабжена роликами 4, которыми она оперта на рельс 2.
Вдоль оси симметрии горизонтальной платформы 3 установлены вертикальные валы 5, на которых с возможностью поворота размещены радиальные траверсы 6. Балки 7 шарнирно связаны с концами траверс 6 и установлены с возможностью возвратно-поступательного движения параллельно друг другу и флюгеру 8, который также закреплен на платформе 3 в вертикальной плоскости, проходящей через оси поворота траверс 6. На балках 7 закреплены (перпендикулярно направлению движения балок) опорные рамы 9, в которых размещены лопатки 10. Лопатки 10 установлены каждая на отдельной поворотной оси 11 таким образом, чтобы в зависимости от разворота осей 11 образовать либо «сплошной парус», когда аэродинамическое сопротивление максимально, либо решетку из параллельных плоскостей, когда аэродинамическое сопротивление «паруса» минимально. Механизм поворота лопаток 10 (не показан) может быть выполнен в виде цепной передачи с приводом, огибающей зубчатые колеса, закрепленные на осях 11.
В опорной раме 12, размещенной на горизонтальной платформе 3, неподвижно закреплен вал 13 пластинчатой формы, которому придана винтообразная закрутка, причем вал 13 разделен на два участка 14 и 15, закрутка которых выполнена в противоположные стороны. Горизонтальные направляющие 16, жестко закрепленные в перегородках 17, параллельны друг другу и винтовой поверхности и составляют с последними поворотную раму 18, установленную на подшипниках 19. Инерциальный элемент 20 установлен на горизонтальных направляющих 16 с возможностью вращения и возвратно-поступательного перемещения относительно пластинчатой поверхности вала 13 и снабжен храповыми муфтами с возможностью взаимодействия каждой (на участке 14 — муфта 21, на участке — 15 — муфта 22) только со своим участком вала 14, 15. Консольные балки 23 шарнирно связаны с траверсами 6 с возможностью возвратно-поступательного движения параллельно рабочей плоскости флюгера 8, на концах балок 23 размещены ролики 24, контактирующие с ободом 25 инерциального элемента 20 с возможностью свободного вращения последнего в них. Генератор 27 приводится во вращение зубчатыми колесами 28 и 29.
Кроме того, на фиг.1 показаны концевые выключатели 31, шарниры 1, валы 30; на фиг.2 также показаны отверстия 26 инерциального элемента 20, в которые пропущены направляющие 16 поворотной рамы 18.
Ветровая энергетическая установка работает следующим образом. Флюгер 8 обеспечивает разворот платформы 3 в рабочее положение вдоль направления ветра (показано стрелкой). При этом опорные рамы 9 с лопатками 10, закрепленные на балке 7, параллельной рабочей плоскости флюгера 8, оказываются развернутыми перпендикулярно направлению ветра. Для запуска установки в работу достаточно развернуть лопатки 10 на одной из балок 7 на 90° по сравнению с положением лопаток 10 на другой балке 7. При этом балка 7, «парус» которой перпендикулярен направлению ветра, будет перемещаться в направлении ветра, а балка 7, лопатки 10 которой развернуты параллельно направлению ветра, пойдет вхолостую навстречу направлению ветра. Когда балки 7 дойдут до конца, сработают концевые выключатели 31, которые включают механизм поворота лопаток 10, разворачивающий их на 90°. В результате этого включается в работу балка, которая шла вхолостую, ее лопатки 10 оказываются развернутыми поперек направления ветра (лопатки 10 второй балки оказываются развернутыми вдоль направления ветра), далее все повторяется.
При своем качении вперед-назад на валах 5 траверсы 6 толкают (или тянут за собой) консольные балки 23, а ролики 24, размещенные на концах консольных балок 23, взаимодействуют с ободом 25 инерциального элемента 20 так, что инерциальный элемент 20, установленный на направляющих 16, получает от балок 23 импульсы поступательного (или возвратного) движения, при этом храповые муфты 21, 22 инерциального элемента 20 взаимодействуют с винтовой поверхностью вала 13. Когда инерциальный элемент 20 перемещается в одну сторону (на фиг.2 показана стрелкой), работает муфта 21 на участке вала 14 и передает вращение инерциальному элементу 20, муфта 22 при этом не работает. При движении в противоположную сторону муфта 22, работавшая до этого вхолостую, включится в работу на участке вала 15, муфта 21 выключится из работы. Таким образом, инерциальный элемент 20 все время подкручивается в одну сторону. Консольные балки 23 совершают рабочий ход, отклоняясь от оси пластинчатого вала 13, при этом смещается точка приложения сил на ободе 25 инерциального элемента 20, вращающегося в роликах 24. Ролики 24 при возвратно-поступательном перемещении консольных балок 23 перемещаются с последними по рабочей плоскости инерциального элемента 20, передавая ему качение траверс 6. Инерциальный элемент 20, перемещаясь по горизонтальным направляющим 16, передает вращение поворотной раме 18, установленной на подшипниках 19. Закрепленное на перегородке 17 рамы 18 зубчатое колесо 29 передает вращение зубчатому колесу 28, закрепленному на валу генератора 27.
При ветровом потоке чрезмерно большой силы лопатки 10 в рамах 9 устанавливаются под углом к направлению ветра, а не поперек.
Предложенная ветровая энергетическая установка позволяет повысить мощность на валу генератора за счет обеспечения возможности существенного увеличения рабочих размеров «парусов».
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Ветровая энергетическая установка, содержащая горизонтальную платформу с флюгером, вертикальным валом и закрепленной на нем раздвижной радиальной траверсой, шарнирно связанной с тележками, установленными с возможностью возвратно-поступательного движения по направляющим, поворотные лопатки, установленные на вертикальных осях в опорных рамках, закрепленных на тележках, и электрогенератор, кинематически связанный с лопатками винтовым валом с закрутками встречного направления, отличающаяся тем, что, с целью повышения мощности, установка снабжена дополнительным вертикальным валом и закрепленной на нем дополнительной радиальной траверсой, концы траверс шарнирно связаны балками, установленными с возможностью возвратно-поступательного движения параллельно одна другой и рабочей поверхности флюгера, размещенной в вертикальной плоскости и проходящей через вертикальные валы, поворотные лопатки установлены на вертикальных осях в опорных рамах, каждая из которых жестко закреплена на балке, а кинематическая связь с электрогенератором выполнена в виде шарнирно соединенных с траверсами консольных балок, передающих возвратно-поступательное движение инерциальному элементу, установленному с возможностью вращения на горизонтальных направляющих поворотной рамы и снабженному храповыми муфтами, контактирующими каждая на своем участке с винтовой поверхностью, разделенной на два участка, закрутка которых выполнена в противоположные стороны.

Приложение 4
ВЕТРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ
Имя изобретателя: Ефимов Г.И.; Абдурашитов Ш.Р. 
Имя патентообладателя: Уфимский научно-исследовательский и конструкторский институт промышленного строительства
Адрес для переписки: 
Дата начала действия патента: 1993.04.28 
Использование: в ветроэнергетике, в частности в устройствах, преобразующих энергию ветра в электрическую. Сущность изобретения: повышение мощности ветродвигателя путем увеличения скорости потока воздуха обеспечивается тем, что ветроэлектростанция, содержащая концентратор потока воздуха в виде шатра, ветроколесо 8, генератор электротока 9, инерционный аккумулятор 10 энергии, при этом в центре концентратора установлена цилиндрическая вытяжная труба, а внутри шатра соосно с ним установлен конус с вогнутой поверхностью. Внутренняя поверхность шатра и наружная поверхность конуса 4 соединены между собой перегородками 5, образующими сужающиеся воздушные каналы, направленные от периферии к центру и снизу вверх в цилиндрическую вытяжную трубу, в которой размещено ветроколесо 8 на вертикальном валу 7, передающем вращение от ветроколеса 8 на вал генератора электротока 9 и инерционного аккумулятора 10 энергии. На верхней части перегородок 5 установлены шарнирно заслонки 12 для перекрытия потока воздуха. Конструкция ветроэлектростанции позволяет увеличить площадь захватывающего потока воздуха и весь потока направить на ветроколесо 8 в вытяжную трубу, что в несколько раз увеличит скорость потока, а значит, и мощность ветродвигателя. Мощность ветродвигателя можно увеличить и за счет подачи в рабочую полость концентратора отработанных горячих потоков газа или воздуха, полученных путем сжигания утилизированного топлива.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретение относится к области нетрадиционных источников энергии, в частности к устройствам, преобразующим энергию ветра в энергию электрическую.
Известен ветродвигатель Колобушкиных (а. с. СССР N 1211448, кл. F 03D 1/04), содержащий башню с окнами, внутри которой установлен поворотный аппарат с флюгерной лопастью, направляющий попавший в окна поток ветра вверх к ветроколесу. Ветроколесо представляет собой комбинированную конструкцию из горизонтального ветроколеса с ободом, на котором установлены вертикальные лопасти, воспринимающие потоки воздуха, попавшие в верхние окна башни. Ветроколесо установлено на вертикальном валу, передающем вращение на вал генератора электротока.
К недостаткам ветродвигателя Колобушкиных следует отнести относительную громоздкость и сложность конструкции как поворотной части ветродвигателя, так и самого ветроколеса, что значительно снизит и общий КПД электродвигателя и годовой ресурс его работы, ибо ветер при малых скоростях не сможет включить его в работу.
Известен ветроэлектрический агрегат (а. с. СССР N 1307078, кл. F 03D 1/04), содержащий генератор, ветроколесо и концентратор энергии ветра.
Недостатком этого изобретения является то, что эффективность концентратора низка, ибо он обеспечивает частичную концентрацию потока воздуха. Проходящий же с боков и сверху ветроколеса поток воздуха уходит не работая, н отдавая своей энергии агрегату.
Наиболее близким по конструкции к предлагаемому является техническое решение ветроагрегата (Д.де Рензо «Ветроэнергетика», Москва, <metricconverter productid=«1982 г» w:st=«on»>1982 г. перевод с английского В.В.Зубарева, под редакцией Я.И.Шефтера, с. 32). Ветроагрегат представляет собой усеченный конус в виде шатра с приподнятыми над землей краями для свободного прохода воздуха под конусом в любом направлении.
В горловине конуса установлены ветроколеса на вертикальном валу, который передает от ветроколеса вращение на генератор электротока или инерционный аккумулятор (типа маховика). Над конусом установлены поворотные направляющие лопасти для завихрения потока воздуха. Часть свободно проходящего под конусом воздуха поднимается вверх в горловину к ветроколесу. Проходя через установленные под углом лопасти поток завихряется и дополнительно засасывает воздух из конуса. При этом величина потока воздуха и его скорость увеличиваются, что повышает эффективность работы ветроагрегата.
К недостаткам описанного ветроагрегата относится то, что основная часть потока воздуха, попавшего под приподнятый шатер (открытый свободно во все стороны), пройдет насквозь без отдачи своей энергии. И только часть потока поднимается вверх в горловину к ветроколесам.
    продолжение
--PAGE_BREAK--