Преобразователь энергии текучей среды (варианты)

Преобразователь энергии текучей среды (варианты)

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области ветро- и гидроэнергетики и может быть использовано для преобразования энергии текучей среды (ветра или воды) в электрическую энергию.

Известен преобразователь энергии текучей среды, содержащий установленные на круговом пути взаимосвязанные платформы, каждая из которых, в свою очередь, включает кинематически связанные вагонетку (тележку) и лопасть (парус) (см. например, SU, 1275114 А1, кл. 7 F 03 D 5/04, 07.12.1986), по совокупности существенных признаков принятый за ближайший аналог изобретения (прототип).

Недостатками известного преобразователя являются сложность конструкции и невысокая эффективность.

Технический результат заключается в упрощении конструкции преобразователя энергии и значительном повышении мощности, соизмеримым с тепловыми или гидравлическими станциями, что обеспечивается за счет того, что преобразователь энергии текучей среды, содержащий установленные на круговом пути взаимосвязанные платформы, каждая из которых, в свою очередь, включает кинематически связанные вагонетку (тележку) и лопасть (парус), согласно изобретению, дополнительно содержит вертикальную стойку и указатель направления (флюгер), а каждая платформа содержит дополнительный узел изменения ориентации и фиксации положения лопасти, взаимодействующий с лопастью и указателем направления (флюгером).

Узел изменения ориентации и фиксации положения лопасти содержит сцепную муфту, диск с двумя кулачками, первый и второй магниты и два опорных ролика, взаимодействующих с кулачками диска, при этом верхняя сцепная полумуфта неподвижно связана с лопастью, установленной на стойке с возможностью поворота до 90° , а нижняя - соединена жестко с кулачковым диском, подпружинена и установлена на стойке с возможностью продольного смещения по ней, кроме того, первый магнит связан с лопастью и взаимодействует со вторым магнитом, связанным с корпусом платформы.

Узел изменения ориентации и фиксации положения лопасти содержит диск с кулачками, опорные ролики, первую, вторую сцепные муфты и опорную планку, установленную с возможностью свободного вращения вокруг вертикальной оси, совмещенной с осью стойки указателя направления (флюгера), на концах которой симметрично установлены вертикальные стойки, на которых шарнирно установлены лопасти с возможностью поворота до 90° во взаимно противоположных направлениях, при этом нижние сцепные полумуфты, установленные на вертикальных стойках лопастей с возможностью продольного смещения по ним, взаимодействуют при помощи кулачков диска с роликами, шарнирно связанными с платформой, а верхние сцепные полумуфты неподвижно соединены с соответствующими половинами лопастей.

Узел изменения ориентации и фиксации положения лопасти содержит дополнительно кинематически связанные и взаимодействующие друг с другом барабаны и подпружиненную штангу, связанную с флюгером конической формы, при этом верхние сцепные полумуфты, связанные неподвижно с лопастями, взаимодействуют через стержни и барабаны с подпружиненной штангой и посредством троса - с указателем направления (флюгером).

Флюгер выполнен в виде усеченного конуса, установленного с возможностью продольного смещения на горизонтальном рычаге стойки, и связан через трос с подпружиненной штангой, которая взаимодействует с наклонными пазами в барабанах, ограничительные пазы которых через соответствующие ограничительные стержни и опорные втулки взаимодействуют с первой и второй лопастями.

Узел изменения ориентации и фиксации положения лопасти содержит первую и вторую сцепные муфты, первую и вторую пружины, кулачковый диск с двумя кулачками и четырьмя ограничительными упорами, а также диск сцепления и ограничительные рычаги, при этом верхняя первая и нижняя вторая сцепные полумуфты неподвижно соединены с лопастью, установленной на стойке с возможностью свободного поворота, а первая нижняя полумуфта жестко связана с кулачковым диском, подпружинена и установлена на стойке с возможностью вертикального смещения по ней, кроме того, верхняя сцепная полумуфта подпружинена и неподвижно соединена с диском сцепления, взаимодействующим с помощью второй пружины с платформой и рычагом, установленными неподвижно на второй верхней сцепной полумуфте, при этом флюгер, выполненный в виде усеченного конуса, взаимодействует с кулачковым диском.

Узел изменения ориентации и фиксации положения лопасти содержит установленные неподвижно на центральной стойке коромысло, первую и вторую центральные звездочки, взаимодействующие через вновь введенные первую и вторую цепи и первую и вторую звездочки, верхние и нижние вторые сцепные полумуфты с лопастями диаметрально противоположных платформ, при этом первые звездочки установлены на двух концах коромысла соосно с нижними вторыми сцепными подпружиненными полумуфтами, кроме того, первая центральная звездочка имеет диаметр в 1,5 раза больше, чем первые звездочки, и через вторую центральную пружину взаимодействует с вращающимися опорами, а вторые звездочки установлены неподвижно на корневой части стоек лопастей всех платформ, при этом верхние вторые сцепные полумуфты через кронштейны и цилиндры с вертикальными и горизонтальными пазами взаимодействуют с соответствующими лопастями и кулачковыми дисками, при этом вращающиеся опоры через шестерни кинематически связаны с генератором (насосом).

На концах коромысла с помощью подставок неподвижно установлены нижние магниты, взаимодействующие с верхними магнитами, закрепленными на немагнитных дисках, закрепленных неподвижно на первых (нижних) звездочках.

Концы коромысла выполнены в виде сдвоенных вилок, на нижних концах которых установлены неподвижные нижние магниты, а на верхних головках установлены первые звездочки и связанные с ними верхние магниты, взаимодействующие с нижними магнитами, при этом нижняя цепь кинематически связывает первые звездочки с центральной первой звездочкой, установленной на одной оси с указателем направления течения среды и фиксатором углового положения.

В преобразователе энергии текучей среды установлены дополнительно стойки со звездочками и два указателя направления (флюгера), при этом звездочки связаны друг с другом цепью и взаимодействуют с соответствующими кулачковыми дисками и указателями направления (флюгерами), установленными на двух взаимно противоположных платформах.

Преобразователь энергии текучей среды дополнительно содержит центральную звездочку и стойки со звездочками, установленные на каждой платформе, при этом, звездочки всех платформ связаны цепью с центральной звездочкой, связанной неподвижно с указателем направления (флюгером) или с фиксатором углового положения.

На фиг.1 изображен преобразователь энергии текучей среды (общий вид);

На фиг.2 изображен узел изменения ориентации и фиксации положения лопасти (первый вариант);

На фиг.3 - вид А-А на фиг.2;

На фиг.4 - узел изменения ориентации и фиксации положения лопасти (второй вариант);

На фиг.5 - узел изменения ориентации и фиксации положения лопасти (третий вариант);

На фиг.6 изображен конический флюгер (вид сбоку);

На фиг.7 изображен центробежный регулятор скорости вращения преобразователя энергии;

На фиг.8 изображен преобразователь энергии, установленный в потоке воды (реке);

На фиг.9 изображено положение вагонеток на круговой дорожке;

На фиг.10 - вид А-А на подпорную планку узла изменения ориентации и фиксации положения лопасти;

На фиг.11 - вид В-В по фиг.10;

На фиг.12 - вид на барабан по фиг.5;

На фиг.13 - вид А-А по фиг.12;

На фиг.14 - вид на наклонный паз в левом барабане;

На фиг.15 - вид на наклонный паз в правом барабане;

На фиг.16-17 представлено положение (ориентация) магнитов левых половин лопасти (N_л-S_л) и вагонетки (N_в-S_в) в точках изменения ориентации до и после переключения (штрих-пунктиром);

На фиг.18-19 представлено положение (ориентация) магнитов правых половин лопасти (N_л-S_л) и вагонетки (N_в-S_в) в точках изменения ориентации до и после переключения (штрих-пунктиром);

На фиг.20 изображен совмещенный (гибридный) ветрогидропреобразователь энергии;

На фиг.21 изображен узел изменения ориентации и фиксации положения лопасти (четвертый вариант);

На фиг.22 - вид А по фиг.21;

На фиг.23 - вид В-В по фиг.21;

На фиг.24 изображена конструкция головки ограничительного рычага;

На фиг.25 изображен ограничительный упор;

На фиг.26 изображена конструкция механизма подъема и выдвижения ограничительного пальца;

На фиг.27 изображен срез диска сцепления;

На фиг.28 изображены положения диска сцепления после каждого цикла;

На фиг.29 изображен узел изменения ориентации и фиксации положения лопасти по фиг.22 (пятый вариант);

На фиг.30 изображен преобразователь энергии (подводный вариант);

На фиг.31 - вид А-А по фиг.30 (кинематическая связь между звездочками платформ);

На фиг.32 изображена кинематическая связь между звездочками платформ в случае, когда флюгера конической формы установлены на двух диаметрально противоположных платформах;

На фиг.33 - узел изменения ориентации и фиксации положения лопасти (шестой вариант);

На фиг.34 - кинематическая связь между внутренними звездочками и полузвездочками;

На фиг.35 - узел изменения ориентации и фиксации положения лопасти;

На фиг.36 изображена цепная связь между звездочками.

На фиг.37 изображено коромысло со сдвоенными наконечниками;

На фиг.38 изображена конструкция коромысла (второй вариант) с одинарными наконечниками;

На фиг.39 - вид сверху по фиг.37;

На фиг.40 изображена кинематическая связь между первой центральной звездочкой и четырьмя звездочками с помощью первой цепи по фиг.39;

На фиг.41 - связь соединения центральной первой звездочки с двумя звездочками с помощью первой цепи с помощью коромысла по фиг.38;

На фиг.42 - преобразователь энергии с платформами, вращающимися в вертикальной плоскости;

На фиг.43 - вид В по фиг.42;

На фиг.44 - вид А по фиг.42.

Преобразователь энергии текучей среды содержит:

круговую дорогу 1,

вращающуюся платформу (тележку) 2,

стойку флюгера 3,

указатель направления (флюгер) 4,

плоскую лопасть 5,

рычаг указателя направления (флюгера) 6,

узел 7 изменения ориентации и фиксации положения лопастей 5,

корпус платформы (вагонетки) 8,

фланец 9,

втулку установочную 10,

крышку платформы 11,

подшипник упорный 12,

крышку подшипника 13,

кулачковый диск 14,

кулачки 15,

ролики 16,

нижнюю полумуфту сцепную 17,

верхнюю полумуфту сцепную 18,

палец 19,

паз вертикальный 20,

паз горизонтальный ограничительный 21,

первую цилиндрическую пружину 22,

первый магнит 23, установленный на лопасти 5,

второй магнит 24, установленный на платформе (вагонетке) 2;

поддонник 25,

втулку с пазом и ограничительным упором 26,

палец ограничительный 27,

стержень 28,

пружину 29,

шток 30,

блочок 31,

рычаги 32,

стержень 33,

вращающийся диск 34,

крышку платформы 35,

ролики (шарики) 36,

планку подпорную 37,

оси 38 вращения двух половинок лопасти 5,

подшипник упорный 39,

втулку 40 для установки флюгера 4,

вторую пружину цилиндрическую 41,

кулачковый диск 42,

кулачки 43,

ролики 44,

втулки 45 для установки половинок лопасти 5,

верхнюю полумуфту сцепную 46,

нижнюю полумуфту сцепную 47,

кронштейны 48,

магнит 49, установленный на лопасти 5,

магнит 50, установленный на вагонетке 2,

втулку - подпятник 51,

третью пружину цилиндрическую 52,

штангу 53,

паз вертикальный 54,

барабан 55,

паз наклонный 56,

палец ограничительный 57,

паз ограничительный 58,

конический корпус 59 флюгера 4,

радиальные стойки 60,

упор 61,

трос 62,

перемычку 63,

трубчатый рычаг 64 флюгера 4,

втулку 65,

паз в рычаге 66,

стержень 67,

центробежный регулятор скорости вращения 68,

диск 69,

ползунок с пазом 70,

палец 71,

вертикальный паз 72,

втулки 73, 74,

тросы 75,

вертикальный и горизонтальный стержни 76,

коническую пару шестеренок 77,

колесо 78,

подшипник 79,

бетонный блок 80,

упорная стойка 81,

выдвижную стойку 82,

упорный подшипник 83,

подпорки 84,

центральный вал 85,

ведущую коническую шестерню 86,

ведомую коническую шестерню 87,

пары конических шестеренок 88, 89, 90,

стержень 91,

герметичный корпус 92,

подставку 93,

генератор (насос) 94,

сцепки 95,

авб - активный участок,

упоры 96,

первую обгонную муфту 97,

вторую обгонную муфту 98,

первую и вторую ведущие конические шестеренки 99, 100,

ведомую шестеренку 101,

уровень реки (моря) 102,

генератор (насос) 103,

рычаги ограничительные 104,

наконечник рычага 105,

упор ограничительный 106,

пружину вторую 107,

диск сцепления 108,

верхнюю вторую сцепную полумуфту 109,

нижнюю вторую сцепную полумуфту 110,

палец-толкатель 111,

подшипник 112,

втулку 113 для крепления флюгера 5,

паз ограничительный 114,

сердечник 115,

рычаг первый 116,

рычаг второй 117,

пружину флюгера 118,

блочок 119,

стакан первый 120,

шток 121,

выступ упорный 122,

выступ клиновидный 123,

ушки боковые 124,

болт крепежный 125,

гайку регулировочную 126,

торцевой выступ 127,

палец-толкатель 128,

отверстия 129,

палец выдвижной 130,

пружину третью 131,

шарики 132,

ролики выдвижные 133,

подшипник 134,

пружину четвертую 135,

стакан второй 136,

шток 137,

кнопки 138,

защелки 139,

пружины плоские 140,

пружину пятую 141,

подшипник 142,

палец-толкатель 143,

отверстие 144, (левое) и (правое),

срез клиновидный 145,

h - толщина диска сцепления,

отверстие 146 для крепления второй пружины 107,

звездочку 147,

цепь 148,

подпорку 149,

гайку 150,

балку 151,

генератор (насос) 152,

кронштейн 153,

фиксатор поворота 154,

указатель угла поворота флюгера 155,

конические шестеренки 156,

стержень 157,

внутренние звездочки 158,

верхнюю полузвездочку 159,

нижнюю полузвездочку 160,

диск сцепления 161,

внутреннюю цепь 162,

внешнюю цепь 163,

вторую пружину 164,

внешнюю звездочку 165,

ось вращения флюгера 166,

стойку неподвижную 167,

кольцо установочное 168,

упорный подшипник 169,

шестерню ведущую 170,

шестерню ведомую 171,

горизонтальные веерообразные опоры 172,

подпорки 173,

корпус платформы 174,

упоры горизонтальные 175,

подшипник 176,

генератор (или насос) 177,

указатель направления течения среды 178,

фиксатор углового положения 179,

коромысло 180,

первые (нижние) звездочки 181,

первую (нижнюю) цепь 182,

центральную первую звездочку 183,

стакан 184,

шток 185,

пружину первую 186,

вторую нижнюю сцепную полумуфту 187,

вторую верхнюю сцепную полумуфту 188,

кронштейн 189,

цилиндр с вертикальным и горизонтальным пазами 190,

направляющий палец первый 191,

направляющий палец второй 192,

пружину вторую центральную 193,

паз вертикальный 194,

паз горизонтальный 195,

вторую центральную звездочку 196,

вторую цепь 197,

вторые (верхние) звездочки 198,

коромысло со сдвоенными наконечниками 201,

верхние магниты (N_л-S_л) 202,

нижние магниты (N_в-S_в) 203,

нижнюю подставку 204,

диск из немагнитного материала 205,

коромысло 199 с одинарными наконечниками 200,

ведущую шестеренку 206,

ведомую шестеренку 207,

горизонтальный рычаг 208 конического флюгера,

кольцо для крепления подпорок 209,

платформу 210,

рычаг 211,

центральную звездочку 212,

вращающуюся втулку 213,

упорный подшипник 214,

электрогенератор 215,

подставку генератора 216.

Преобразователь энергии функционирует следующим образом.

На фиг.1 представлена обобщенная конструкция одной вращающейся платформы 2 преобразователя энергии. Для функционирования преобразователя таких платформ 2 должно быть не менее трех. В зависимости от мощности преобразователя их количество может меняться от трех до двенадцати и более. В зависимости от количества платформ 2, устанавливается радиус их вращательного движения, конструкция круговой дороги 1, взаимная связь платформ 2 друг с другом, а также место размещения электрогенератора.

При относительно малых и средних мощностях преобразователя наиболее приемлема конструкция, представленная на фиг.2 и фиг.5. В этой конструкции платформы 2 вращаются вокруг вала центрального колеса, установленного в центре преобразователя. От центрального вала движение передается электрогенератору или водяному насосу. При этом вращающиеся платформы 2 выполняются на надувных колесах, передвигающихся по круговой асфальтированной дорожке 1. Платформы 2 с помощью рычагов связаны с валом центрального колеса и с помощью сцепок соединены друг с другом. Преобразователь представляет собой единую конструкцию.

При больших мощностях преобразователь на фиг.1 включает в себя вращающиеся платформы 2, выполненные в виде вагонетки с электрогенератором, передвигающейся по круговой железной дороге 1. Платформы 2 ветродвигателя соединяются друг с другом с помощью плоских шарниров жесткими сцепками. В зависимости от мощности ветродвигателя количество платформ может меняться от трех и более. На фиг.9 преобразователь состоит из шести платформ.

Каждая платформа на фиг.1 выполнена в виде тележки 2, на которой установлена вертикальная стойка 3. На стойке 3 установлена плоская лопасть 5 с возможностью свободного вращения (поворота) вокруг нее. Верхний конец стойки 3 с помощью горизонтального рычага 6 связан с флюгером 4.

В корневой части стойки 3 лопасти 5 установлен узел изменения ориентации и фиксации положения лопасти 7.

На фиг.2 приведена конструкция платформы преобразователя с первым вариантом выполнения узла изменения ориентации и фиксации положения лопасти 7. Эта конструкция платформы может быть использована в относительно маломощных ветродвигателях (1-10 кВт), где предусмотрено ручное или автоматическое изменение эффективной площади лопасти и регулировка скорости вращения выходного вала преобразователя энергии.

Платформа ветродвигателя на фиг.2 функционирует следующим образом.

В данной конструкции при вращении платформ преобразователя по круговой дороге в точках а и б (см. фиг.9) лопасть 5 меняет свое положение при слабом ветре на 90° . В точке а, лопасть становится перпендикулярно указателю направления (флюгеру) 4, т.е. направлению ветра. Далее это положение лопасти фиксируется на всем протяжении времени движения платформы на активном участке траектории движения авб.

В точке б лопасть 5 меняет свое положение. Лопасть 5 поворачивается на 90° по часовой стрелке, и плоскость ее становится вдоль направления текучей среды (ветра), т.е. совпадает с плоскостью флюгера 4. Такое положение лопасти 5 фиксируется и сохраняется на всем протяжении движения модуля на пассивном участке траектории бса.

Вращающаяся платформа 2 имеет форму параллелограмма, усеченной пирамиды или цилиндра, через центр которого проходит вертикальная стойка 3 с шарнирно установленной на ней плоской лопастью 5. В верхней части стойка 3 флюгера 4 переходит в горизонтальный (Г-образный) рычаг 6, к концу которого прикреплен указатель направления (флюгер) 4. Флюгер 4 имеет форму усеченного конуса или плоскую форму и прикреплен к стойке 3 флюгера и рычагу 6. Флюгер 4 указывает на направление ветра. На упорном подшипнике 12 устанавливается втулка 10. На этой упорной втулке 10 устанавливается плоская лопасть 5. Лопасть 5 имеет возможность свободного вращения вокруг стойки 3 флюгера 4. Стойка 3, в свою очередь, также свободно вращается относительно вращающейся платформы (тележки) 2. Для этого, стойку 3 крепят к верхней 11 крышке платформы 2 и фланцу 9 с помощью упорных подшипников 12 и крышек 13.

Вращающаяся платформа 2 устанавливается на надувных колесах. Число колес может быть сокращено до двух (или одного). В этом случае они устанавливаются как велосипедные колеса - одно за другим. При этом, платформа 2 с помощью стержня 33 соединяется с центральным колесом.

На каждой вращающейся платформе 2 устанавливается узел изменения ориентации и фиксации положения лопасти 7. Этот узел содержит в себе конструктивные элементы 14-25.

Лопасть 5 закреплена на установочной втулке 10 и жестко связана с верхней сцепной полумуфтой 18.

Нижняя сцепная полумуфта 17 неподвижно соединена с кулачковым диском 14.

Высота зубьев полумуфт (h₁) меньше высоты кулачков 15. Нижняя сцепная полумуфта 17, неподвижно связанная с диском 14, установлена на стойке 3 подвижно и имеет возможность вертикального перемещения. Первая цилиндрическая пружина 22 принудительно вводит нижнюю полумуфту 17 в сцепление с верхней полумуфтой 18. Для обеспечения только поступательного движения нижней полумуфты 17 она имеет вертикальный паз 20, по которому ходит направляющий палец 19 (или шпонка). Этот палец 19 (шпонка) жестко связан со стойкой 3 и определяет ориентацию флюгера 4.

На фиг.2 палец 19 ориентирован под углом 90° относительно направления флюгера 4.

Таким образом, угловое положение нижней полумуфты 17 относительно флюгера 4 не меняется.

Длина паза 20 должна быть больше высоты зубьев h₁ сцепных полумуфт 17, 18. Пружина 22 должна обеспечить необходимую силу сцепления указанных полумуфт 17 и 18.

Для обеспечения автоматического изменения положения лопасти 5 в двух диаметрально противоположных точках а и б траектории движения платформы 2 преобразователя используются конструктивные элементы 1-32. Нижняя полумуфта 17 неподвижно соединена с кулачковым диском 14. Кулачки 15 взаимодействуют с роликами 16.

При этом ролики 16 ориентированы в плоскости, проходящей через оси стойки 3 и стержня 33, т.е. через ось электрогенератора 94.

При такой ориентации плоскости расположения роликов 16 эта плоскость становится перпендикулярно плоскости флюгера 4 только в двух определяющих точках а и б траектории движения платформы по круговой дорожке. Высота кулачкового выступа h₂ 15 должна быть больше высоты зубьев h₁ полумуфт 17, 18 без учета зазора между полумуфтами.

Нижняя полумуфта 17 свободно перемещается вверх-вниз по стойке 3 и подпружинена пружиной 22. Пружина 22 обеспечивает сцепление полумуфт 17, 18. Поворот лопасти 5 вокруг стойки 3 на ±90° достигается с помощью паза 21 в установочной втулке 10.

Ролики 16 установлены с диаметрально противоположных сторон на стенках корпуса подвижной платформы 8.

В точках а и б траектории движения платформы 2 в результате взаимодействия кулачков 15 с роликами 16 сцепная полумуфта 17 отжимается вниз и выходит из сцепления с верхней полумуфтой 18.

После этого в результате взаимодействия первого 23 и второго 24 магнитов лопасть 5 поворачивается вокруг стойки 3 на 90° по часовой стрелке. С помощью первой цилиндрической пружины 22 нижняя полумуфта 17 поднимается вверх и снова входит в сцепление с верхней полумуфтой 18.

Таким образом, меняется ориентация и фиксируется положение лопасти относительно положения флюгера 4 через каждые пол-оборота вращения платформы 2. В точке а лопасть ориентируется перпендикулярно направлению флюгера 4, а в точке б - вдоль указанного направления.

В точках а или б траектории движения подвижной платформы 2 положение роликов 16 совпадают с положением кулачков 15. При этом кулачки 15 взаимодействуют с роликами 16 и отжимают нижнюю сцепную полумуфту 17 и выводят ее из зацепления с верхней полумуфтой 18.

Взаимодействие магнитов 23 и 24 в этот момент приводит к тому, что лопасть поворачивается на 90° против часовой стрелки.

На фиг.9 участок круговой дорожки авб является активным, а участок бса - пассивным. На активном участке лопасть 5 ориентирована перпендикулярно направлению ветра. Давление ветра на лопасти 5 на активном участке авб создает крутящий момент, передающийся через стержень 33 на центральное колесо. Величина крутящего момента на валу центрального колеса пропорциональна скорости ветра V, площади лопасти S, длине стержня 33 - точнее, расстоянию от оси вращения центрального колеса до оси вращения лопасти 5.

На пассивном участке траектории движения платформы 2 по круговой дорожке бса лопасти 5 ориентированы вдоль направления ветра, т.е. совпадают с направлением флюгеров 4. Ориентация лопастей 5 меняется автоматически в точках а и б. Эти точки отделяют активный участок траектории движения платформы 2 от пассивного. Изменение направления ветра относительно центрального колеса, а следовательно, и круговой дорожки 1 приведет к тому, что точка а и б сместятся по круговой дорожке 1. Активные и пассивные участки при этом также будут смещены. При этом а и б - это точки, где диаметральная линия, совпадающая с направлением ветра, пересекает круговую дорожку 1, по которой вращаются платформы 2.

Таким образом, при любом направлении ветра на активной и пассивной половинах круговой дорожки 1 лопасти 5 автоматически ориентируются таким образом, чтобы отбирать максимально возможное количество ветровой энергии.

Мощность такого преобразователя энергии будет зависеть от мощности, развиваемой единичной платформой 2 и количества соединенных между собой платформ 2.

Наиболее выгодным является вариант, когда вал центрального колеса является валом генератора 94 или водяного насоса. В случае применения винтового водяного насоса нет необходимости в синхронизации скорости вращения вала центрального колеса преобразователя (ветродвигателя). При использовании преобразователя (ветродвигателя или гидродвигателя) в энергетических установках необходимо синхронизировать скорость вращения выходного вала при изменении скорости ветра. Для решения этой задачи используется указатель направления (флюгер) конической формы 4.

При этом варианте флюгер 4 и узел изменения ориентации и фиксации положения лопасти 7 имеют существенные отличия от варианта конструкции платформы 2 с плоским указателем направления (флюгером) 4.

Указатель направления (флюгер) 4 выполнен в виде усеченного конуса 59, закрепленного с помощью радиальных стоек 60 на цилиндрической втулке 65. Втулка 65 флюгера 4 устанавливается на горизонтальном трубчатом рычаге 64 и имеет возможность перемещаться свободно от упора 61 до конца рычага 64. Рычаг 64 имеет на конце паз 66, по которому свободно ходит стержень 67. К центру стержня 67 привязан трос 62. Трос 62 проходит по оси горизонтального трубчатого рычага 64 и вертикальной стойки 3. На изломе, где трос 62 из горизонтального участка переходит в вертикальный, установлен блочок 31. Конец троса 62 закреплен со штоком 30. Шток 30 имеет возможность свободно ходить по внутренней полости вертикальной стойки 3. При этом в боковой поверхности штока 30 установлен стержень 28, который ходит по наклонному пазу во втулке 26 с ограничительным упором.

Между рычагами 32, связанными со стойкой 3 флюгера 4 и втулкой 26, установлена пружина 29, которая работает на растяжение.

Подпружиненный через палец 27 шток 30 растягивает трос 62, который проходит свободно через отверстие в упорной шайбе и прижимает флюгер 4 к упору 61. Торцевые поверхности флюгера 4 конической формы 59 открыты для ветра. Давление ветра на боковые поверхности флюгера 4 заставляет флюгер 4 с помощью горизонтального рычага 64 ориентироваться по направлению ветра. При этом известно, что флюгер 4, имеющий форму усеченного конуса 59, более чувствителен к давлению ветра, чем плоский. Эффективная площадь флюгера 4 равна разности площадей нижней и верхней торцевых поверхностей усеченного конуса:

S_эф=S_H-S_b=π R²-π r²=π (R²-r² ),

где R и r - радиусы нижней и верхней торцевых поверхностей конуса флюгера 4.

При повышении скорости ветра, под его давлением, флюгер 59 перемещается по горизонтальному рычагу 64, стержень 67 при этом ходит по пазу 66 и тянет за собой трос 62 и связанный с ним шток 30. При этом стержень поворотный 28 перемещается по наклонному пазу в стойке 3. Взаимодействие стержня 28 с наклонным пазом преобразует поступательное движение штока 30, а следовательно, и флюгера 4 в пропорциональное вращательное движение пальца вокруг оси стойки 3.

Стержень поворотный 28 ходит по вертикальному пазу во втулке 26 с ограничительным упором. Взаимодействие стержня 28 с пазом во втулке 26 приводит к повороту его вокруг вертикальной оси в пределах 0-90° .

Путем подбора геометрических параметров флюгера 4, параметров пружины 29, длин рычагов 32 и наклона регулировочного паза, а также высоты втулки 26, возможно настроить преобразователь (ветродвигатель) так, чтобы он синхронизировал скорость вращения вала в широком диапазоне изменения скорости ветра (4-40 м/с).

На стойке 3 шарнирно установлена втулка 10 для крепления лопасти 5. Плоские лопасти 5 крепятся ко втулке 10 неподвижно. Шарниры могут быть выполнены в виде упорных подшипников 12.

Так как лопасти 5 вращаются вокруг стоек 3 в пределах 0-90° , во втулке 10 прорезан паз 21 по окружности 90° . Палец ограничителя 19 неподвижно закреплен в стойке 3 и ходит по пазу 21, ограничивая относительный поворот лопасти 5.

Первый магнит 23 (N_л-S_л) установлен неподвижно на установочной втулке 10 лопасти 5 в корневой части. Этот магнит 23 взаимодействует со вторым магнитом (N_в-S_в) 24, связанным с платформой 2 также неподвижно.

Изменение ориентации лопасти 5 происходит в результате взаимодействия указанных магнитов 23, 24 в точках а и б траектории движения платформы 2 по круговой дорожке 1.

На активном и пассивном участках движения платформы 2 положения лопасти 5 фиксируются и не меняются. На активном участке лопасть 5 ориентируется перпендикулярно направлению ветра, а на пассивном - совпадает с направлением флюгера 4, а следовательно, с направлением ветра.

Для фиксации положения лопасти используются полумуфты сцепные 17, 18.

Верхняя сцепная полумуфта 18 жестко связана с лопастью 5 и первым магнитом 23. Нижняя сцепная полумуфта 17 с помощью пружины 22 вводится в сцепление с верхней полумуфтой 18 и фиксируется положение лопасти 5 относительно плоскости флюгера 4. Для смещения нижней сцепной полумуфты 17 вверх-вниз предназначен вертикальный направляющий паз 20, по которому ходит направляющий палец 19. Палец 19 неподвижно связан со стойкой 3 и ориентирован относительно плоскости флюгера 4 под углом 90° . В этой же плоскости находятся кулачки 15 и установлены два ролика 16.

При перемещении платформы 2 по круговой дорожке 1 дважды за период вращения в точках а и б кулачки 15 взаимодействуют с роликами 16, установленными шарнирно на корпусе 8 платформы 2.

В диаметрально противоположных точках а и б траектории движения платформы ориентация второго магнита 24, неподвижно установленного на поддоннике 25 платформы 2, меняется на противоположную. Поддонник 25 изготовляют из немагнитного материала.

В указанных точках ролики 16 взаимодействуют с кулачками 15 диска 14 и отжимают сцепную нижнюю платформу 17 и выводят ее из сцепления с верхней полумуфтой 18.

В точке а (см. фиг.7) взаимодействие второго магнита 24 (N_в-S_в) с первым 23 (N_л-S_л) приводит к тому, что лопасть 5 устанавливается в положение, которое определяется ориентацией ограничительного упора во втулке с пазом 26 и паза 21 во втулке 10. Ориентация упора во втулке 26, в свою очередь, зависит от скорости ветра. Чем больше скорость ветра, тем больше угол поворота втулки с пазом и ограничительным упором 26 от нейтрального положения, соответствующего минимальной скорости ветра. Такая система ориентации лопасти 5 обеспечивает автоматическое изменение эффективной площади лопасти 5 в зависимости от скорости ветра. При слабом ветре плоскость лопасти 5 перпендикулярна плоскости ориентации флюгера 4. С ростом скорости ветра эффективная площадь лопасти 5 уменьшается. Регулируя площадь конической поверхности флюгера 4, жесткость пружины 29, наклон и форму паза в стойке 3 и длину рычагов 32, возможно синхронизировать скорость вращения выходного вала ветродвигателя при изменении скорости ветра в широком диапазоне.

Как только кулачки 15 смещаются относительно положения роликов 16, пружина 22 вводит нижнюю полумуфту 17 в сцепление с верхней 18, и положение лопасти относительно флюгера фиксируется на всем протяжении активного участка авб.

В точке б траектории движения платформы кулачки 15 снова наталкиваются на ролики 16 и отжимают нижнюю полумуфту 17. Высота кулачков 15 должна быть такой, чтобы вывести полумуфты 17 и 18 из сцепления друг с другом.

Второй магнит 24 (N_в-N_в) взаимодействует в точке 5 с первым магнитом 23 (N_л-S_л). Такое взаимодействие магнитов 23, 24 приводит к тому, что лопасть 5 устанавливается в плоскости ориентации флюгера 4. Такая ориентация лопасти 5 фиксируется и сохраняется на всем протяжении пути на пассивном участке бса траектории движения платформы 2.

В точках в и с ориентация магнитов 23, 24 относительно друг друга особой роли не играет, т.к. ориентация лопасти 5 относительно флюгера 4 фиксируется узлом фиксации положения 7, а именно сцепными полумуфтами 17, 18.

Таким образом, изменение ориентации плоскости лопасти 5 относительно направления флюгера 4, а следовательно, и направления ветра на всем протяжении активного и пассивного участков обеспечивает максимальный отбор энергии ветра.

Установка лопасти 5 перпендикулярно направлению ветра при малой скорости обеспечивает высокую чувствительность к слабым потокам ветра, что повышает производительность. Управление лопастью по релейной схеме переключения “0” или “1” является энергетически самым выгодным, поэтому используется для управления космическим солнечным парусом.

При каждом повороте платформы 2 вокруг центрального вала на 180° в точках а и б траектории движения платформы 2 лопасти 5 поворачиваются вокруг своих осей на 90° .

Для обеспечения такого поворота используются полумуфты 109, 110, вторая пружина 107, ограничительные рычаги 104, взаимодействующие с ограничительные упорами 106, установленными на кулачковом диске 14.

Ограничительные рычаги 104 установлены неподвижно на первой верхней полумуфте 18 в плоскости лопасти 5, симметрично оси ее вращения. На концах ограничительных рычагов 104 установлены специальные механизмы (наконечники), обеспечивающие подъем и спуск выдвижных пальцев ограничительных 130. Над рычагами 104 установлена цилиндрическая вторая пружина 107. Эта пружина 107 работает на закрутку и на сжатие. Нижний конец этой пружины 107 связан с диском сцепления жестко установленным на второй верхней полумуфте. Нижняя вторая полумуфта соединена неподвижно с рычагами 104, а следовательно, с лопастью 5.

Верхний конец второй пружины 107 взаимодействует с крышкой 11 платформы 2.

При вращении платформы 2 вокруг центрального колеса полумуфты 109 и 110 находятся в сцеплении друг с другом.

В течение полупериода вращения платформы 2 на активном (авб) и пассивном (бса) участках траектории движения происходит закрутка второй пружины в точках а и б. Тогда сцепные полумуфты 109 и 110 выходят из сцепления, заведенная на 180° пружина вращает лопасть 5 вокруг вертикальной стойки 3 на угол +90° . Для ограничения угла поворота лопасти 5 используются рычаги 104 и ограничительные упоры 106.

Ограничительные упоры 106 (4 шт.) устанавливаются на диске с кулачками 14 через 90° друг от друга. Выступ упорный 122 ограничителя взаимодействует с выдвижным ограничительным пальцем 130 рычага и ограничивает поворот лопасти 5 через каждые 90° . Это происходит в момент, когда первые сцепные полумуфты 17 и 18 еще не вошли в сцепление друг с другом.

Высота упорного выступа 130 незначительно меньше высоты кулачков 15.

Клиновидный выступ 123 ограничителя обеспечивает плавное выдвижение пальца 130. Палец 130 принимает два фиксированных положения. Пальцем 130 служит нижний наконечник штока 121 (137). Шток 121 (137) при этом ходит во внутренней полости стакана 120 и с помощью третьей (пятой) пружины 131 (141) принимает крайнее нижнее положение.

Для установки и фиксации положения механизма выдвижения пальца 130 стакан 120(136) имеет прямоугольный торцевидный выступ 127, а ограничительный упор 106 неподвижно связан болтом 125 с прямоугольным наконечником.

Для фиксации выдвижного пальца 130 в верхнем положении стакан 120 и шток 121 имеют сквозное поперечное отверстие, ориентированное вдоль оси рычага 104. В этом отверстии устанавливаются четвертая пружина 135 и с двух сторон - симметрично-выдвижные ролики 133 и шарики 132. Чтобы не выпали шарики 132 с внешней стороны, отверстие в стакане 120 (136) должно быть слегка завальцовано. Д