Республика казахстан (19) kz (13) A4

 
РЕСПУБЛИКА КАЗАХСТАН 
 
(19)
KZ
 (13)
A4
(11) 28238
(51) F03D 3/04 (2006.01) 
F03D 3/06 (2006.01) 
F03D 5/00 (2006.01) 
F03D 5/04 (2006.01)
КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ 
МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН 
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ
(21) 2013/0817.1 
(22) 18.06.2013 
(45) 17.03.2014, бюл. №3 
(72) Журинов Мурат Журинович; Надиров Надир 
Каримович; Ширинских Александр Васильевич; 
Солодова Елена Владимировна 
(73) Акционерное 
общество 
"Институт 
органического катализа и электрохимии им.
Д.В. Сокольского" 
(56) RU №2015409, 1994 
(54) ВЕТРОУСТАНОВКА 
(57) Ветроустановка, содержащая ветроколесо с 
вертикальной осью вращения, подвижные лопасти, 
регулятор скорости, генератор электрического тока, 
лопасти ветроколеса выполнены в виде плоскостей, 
закрепленных в нижней части на кронштейнах с 
возможностью поворота вокруг горизонтальной оси. 
Под 
действием 
ветра 
лопасти 
ветроколеса 
(например, с левой стороны) поворачиваются вокруг 
горизонтальной оси с увеличением угла наклона 
относительно горизонта до 80-85°, принимая на себя 
напор ветра, в то время как на противоположной 
стороне ветроколеса (справа) они находятся под 
углом 5-10°. Такое расположение лопастей, каждая 
из которых выполнена в форме прямолинейной 
плоскости или, как вариант, имеет плавный изгиб в 
периферийной 
относительно 
вала 
области, 
позволяет 
значительно 
снизить 
тормозящее 
давление на ветроколесо в его нерабочей зоне 
(которая движется против ветра), и, соответственно, 
повысить мощность ветроустановки по сравнению с 
известными устройствами, - энергия ветропотока 
расходуется, в основном, на вращение ветроколеса, 
и лишь в незначительной степени - на 
сопротивление 
его 
вращению. 
Устройство 
отличается простотой конструкционного решения. 
(19) KZ (13) A
4
(11) 28238

28238 
2
Изобретение относится к ветроэнергетике и 
предназначено для использования в устройствах с 
вертикальной 
осью 
вращения 
с 
целью 
преобразования энергии ветра в электрическую 
энергию с повышением КПД использования энергии 
ветра и упрощения изготовления. 
Известна ветроэлектростанция Буктукова [WO 
2012144879, F03D 3/04] с вертикальной осью 
вращения, имеющая вал и лопасти в виде двух и 
более сегментов трубы, при этом каждая лопасть 
шарнирно прикреплена к кронштейну в торце между 
внутренней кромкой и центром. 
К недостаткам известного устройства можно 
отнести неполное использование энергии ветра 
вследствие его тормозящего воздействия на 
поверхность ветроколеса, относительная сложность 
изготовления 
устройства, - учитывая 
цилиндрическую форму лопастей, изготавливаемых 
из трубы, а также необходимость, в случае 
увеличения мощности установки, повышать ее 
высоту и, соответственно, значительно усиливать 
внешнее крепление ветроколеса. Кроме того, 
известное устройство может работать, очевидно, 
лишь при достаточно сильном напоре (скорости) 
ветра. 
Известен 
роторный 
вертикальный 
ветродвигатель [Литвиненко A.M. -Роторный 
вертикальный ветродвигатель: Пат. РФ 2368800 , 
F03D 3/06, 27.09.2009 г.], приемники энергии 
которого (лопасти) выполнены в виде шторок 
парусного типа, один край которых закреплен по 
образующим неподвижным колоннам, а другой край 
связан 
с 
соответствующим 
краем 
шторки 
противоположной 
колонны 
тягами, 
что 
обеспечивает заворачивание шторки вокруг одной 
колонны 
и 
разворачивание 
шторки 
вокруг 
противоположной колонны. 
Недостаток 
известного 
устройства - 
усложненность 
конструкции 
и 
относительно 
невысокие 
прочностные 
характеристики 
ветродвигателя: наличие тяг, гибких шторок, 
подразумевающее их постоянное сворачивание и 
разворачивание, что требует достаточной прочности 
на износ применяемого материала; отсутствует 
также 
возможность 
регулирования 
частоты 
вращения ротора. Кроме того не полностью 
используется энергия ветра, поскольку присутствует 
тормозящее 
действие 
ветрового 
потока 
на 
значительную часть ротора. 
Известно устройство для преобразования потока 
воздуха в механическую работу [Мильченко П.С. : 
Пат. РФ 2015409 F03D 5/00, F03D 1994], 
содержащее прямоугольные лопасти, подвижно 
установленные на горизонтальном коленчатом валу, 
на каждом конце которого закреплено водило, 
шарнирно соединенное с лопастью с помощью 
серьги, длина которой равна радиусу кривошипа 
коленчатого вала, при этом радиус кривошипа равен 
1/4 ширины лопасти, коленчатый вал и водило 
соединены с трансмиссионным валом с помощью 
замкнутых цепей через звездочки с передаточным 
отношением 1 : 2. 2 
Недостаток 
известного 
устройства - 
усложненность 
конструкции, 
наличие 
многочисленных передаточных узлов, что создает 
определенное 
дополнительное 
сопротивление 
ветровому потоку при воздействии на лопасть при 
изменении ее положения, а также предназначение 
устройства как преобразователя энергии ветра 
только в механическую работу. 
Техническим 
результатом 
предлагаемого 
изобретения является значительное снижение 
тормозящего воздействия ветрового потока на 
ветроколесо, что способствует более полному 
использованию энергии ветра, и, соответственно, 
повышению 
мощности 
ветроустановки 
при 
существенном 
упрощении 
конструкции 
и 
изготовления устройства. 
Поставленная цель достигается тем, что в 
ветроустановке, содержащей вал с радиально 
закрепленными на валу кронштейнами, лопасти 
ветроколеса, установленные на кронштейнах, 
поворачиваются 
вокруг 
горизонтальной 
оси, 
изменяя положение относительно ветрового потока, 
от близкого к горизонтальному, до практически 
вертикального. 
Такое расположение лопастей, каждая из 
которых выполнена в форме прямоугольной 
плоскости или, как вариант, имеет плавный изгиб в 
периферийной 
относительно 
вала 
области, 
позволяет 
значительно 
снизить 
тормозящее 
давление ветра на ветроколесо. Это происходит за 
счет резкого уменьшения площади поверхности той 
части 
работающего 
ветроколеса, 
которая 
испытывает тормозящее воздействие ветрового 
потока. В результате повышается мощность 
ветроустановки по сравнению с известными 
устройствами, поскольку энергия ветра расходуется, 
в основном, на вращение ветроколеса, и лишь в 
незначительной степени - на сопротивление его 
вращению. Устройство отличается простотой 
конструкции. 
На фиг.1 изображен общий вид ветроустановки в 
нерабочем положении (вид сбоку), на фиг.2 - общий 
вид работающей ветроустановки, на фиг.3 - вариант 
формы лопасти, на фиг.4 - вариант расположения 
регулятора скорости. 
Ветроустановка 
содержит 
ветроколесо 
с 
вертикальной осью вращения - валом 1, лопастями 
2, подвижно закрепленными на кронштейнах-осях 3, 
на валу жестко закреплен опорный диск 4, на 
котором расположен центробежный регулятор 
скорости 5, в нижней части установки расположено 
зубчатое колесо 6, редуктор 7, электрогенератор 8, 
основание вала опирается на подшипник 9. 
Ветроустановка работает следующим образом. 
При отсутствии ветра лопасти находятся в 
сложенном положении, и ветроколесо в профиль 
выглядит как горизонтально расположенный диск, 
закрепленный на валу 1 (фиг.1). Лопасти 2 в 
нерабочем положении расположены под углом к 
горизонту (5 - 10) с помощью упоров 10 (фиг.2), 
образуя зазор между лопастью и горизонтальной 
плоскостью - диском 4. Под действием ветра 
лопасти 2 с левой стороны ветроколеса (вращение 

28238 
3
по 
часовой 
стрелке) 
поднимаются 
над 
горизонтальной плоскостью на 80-85°, принимая на 
себя напор ветрового потока, - колесо начинает 
вращаться, при этом лопасти совершают маховых 
движения - вверх-вниз. Подъему лопасти выше 
заданного значения препятствует ограничитель 11. 
С правой стороны ветроколеса лопасти остаются в 
положении, близком к горизонтальному, за счет 
собственной массы и вследствие давления на них 
потока ветра. Поэтому нерабочая (правая) сторона 
ветроколеса 
не 
испытывает 
какого-либо 
значительного тормозящего действия ветра, как это 
имеет место в известных устройствах подобного 
типа. В случае резкого возрастания скорости ветра 
срабатывает регулятор скорости 5 - груз регулятора 
вместе с прикрепленным к нему штоком 12 
начинает перемещаться, преодолевая сопротивление 
пружины 13, и шток 12 входит в отверстие на 
ограничителе 11 (фиг.2), препятствуя подъему 
лопасти до максимального значения, уменьшая угол 
ее наклона к горизонту - вплоть до минимального 
значения, - частота вращения ветроколеса резко 
падает. 
В качестве варианта конструкционного решения 
регулятор скорости располагается под диском 4 
(фиг.4), при этом на лопасти с противоположной 
стороны от ограничителя 11 крепится кольцо-муфта 
14, которое выполняет ту же функцию, что и 
отверстие на ограничителе 10. 
При ослаблении ветрового потока шток 11 
регулятора скорости с помощью пружины 13 
возвращается в исходное положение, лопасть вновь 
может подниматься до максимального положения. 
Следует подчеркнуть, что чем меньше масса 
лопасти, тем при более слабом напоре ветра лопасть 
поднимается над горизонтальной плоскостью и 
ветроколесо начинает вращаться. В случае большой 
массы лопасти и с целью облегчения ее подъема до 
рабочего положения, - возможен вариант ее 
балансировки - увеличение за счет балластного 
груза-противовеса (здесь не показано) массы той 
части лопасти, которая находится за осью 3. При 
этом габариты балласта-противовеса не должны 
увеличивать общую высоту (толщину) ветроколеса, 
находящегося в нерабочем положении (профильное 
изображение на фиг.1). Оптимальный вариант 
балансировки - минимальное превышение массы 
рабочей части лопасти (от ее верхней части до оси 
3) над массой балласта, с тем, чтобы лопасть 
опускалась после ухода из-под напора ветра, в 
основном, под действием собственной тяжести.