Ветроприводное устройство

 

Изобретение относится к ветроэнергетике, а именно к устройствам, использующим силу ветра для получения сложного вращательного движения. Технический результат, заключающийся в использовании воздушного потока для обеспечения сложного вращательного движения со зрительно занимательным динамическим эффектом, достигается за счет того, что ветроприводное устройство, содержащее вертикальную ось вращения и чувствительный элемент, выполненный в виде двуплечей штанги, на концах которой жестко закреплены парусные поверхности, дополнительно снабжено свободно установленным на вертикальную ось вращения кронштейном, несущим, по крайней мере, один чувствительный элемент, установленный с возможностью свободного вращения вокруг горизонтальной оси, причем двуплечая штанга закреплена перпендикулярно этой оси на ее удаленном в радиальном направлении конце, а парусные поверхности сбалансированы относительно горизонтальной оси и развернуты вдоль оси двуплечей штанги под прямым углом относительно друг друга, при этом одна из парусных поверхностей параллельна плоскости, проходящей через продольную ось симметрии штанги и горизонтальную ось вращения. 3 з.п. ф-лы, 10 ил.

Изобретение относится к устройствам, использующим силу ветра или направленного воздушного потока для получения сложного вращательного движения и может найти применение в качестве демонстрационного устройства для создания пространственных цветных динамических эффектов в помещениях кафе, ресторанов, театров, дворцов спорта и других общественных местах; в качестве динамических установок и рекламоносителей в виде малых архитектурных форм для создания зрительно занимательного эффекта в парках, спортивных сооружениях, для обозначения географических и исторических мест и т.п.

Известно карусельное ветроколесо (ветроприводное устройство), содержащее установленные на вертикальной оси рамочные махи, снабженные подпружиненными упорами, и шарнирно закрепленные на махах лопасти, установленные с возможностью поворота относительно маха на угол, не превышающий 90^o, и циклически взаимодействующие с упорами (см.SU, 1772407А1, 30.10.92).

Известно ветроприводное устройство, содержащее вертикальную ось вращения и чувствительный элемент, выполненный в виде двуплечей штанги, на концах которой жестко закреплены парусные поверхности (см.RU, 2041463 C1, 09.08.95).

Задачей данного изобретения является создание демонстрационного ветроприводного устройства.

Технический результат изобретения заключается в использовании непосредственно воздушного потока (естественного или принудительного) для обеспечения сложного вращательного движения со зрительно занимательным динамическим эффектом.

Это достигается тем, что в ветроприводном устройстве, содержащем вертикальную ось вращения и чувствительный элемент, выполненный в виде двуплечей штанги с жестко закрепленными на ее концах парусными поверхностями, согласно изобретению, дополнительно на вертикальной оси свободно установлен кронштейн, горизонтальная ось которого перпендикулярна вертикальной оси вращения и несет по крайней мере один чувствительный элемент, установленный с возможностью свободного вращения вокруг горизонтальной оси. При этом двуплечая штанга чувствительного элемента закреплена перпендикулярно горизонтальной оси кронштейна на ее удаленном в радиальном направлении конце, а парусные поверхности разнесены по обе стороны от этой оси и сбалансированы относительно нее.

Кроме того, парусные поверхности развернуты вдоль оси двуплечей штанги под прямым углом относительно друг друга, причем одна из них параллельна плоскости, проходящей через продольную ось симметрии штанги и горизонтальную ось вращения.

На одной вертикальной оси может быть смонтировано от 1 до 5 чувствительных элементов, равномерно расположенных вокруг нее. Парусные поверхности чувствительных элементов могут иметь декоративную форму различной конфигурации.

Для уменьшения инерционности устройства штанги и парусные поверхности выполнены из материала с низким коэффициентом удельного веса.

Сущность изобретения заключена в конструктивном исполнении ветроприводного устройства.

Сбалансированная установка чувствительного элемента на свободно вращающемся на вертикальной оси кронштейне с возможностью свободного его вращения как вокруг горизонтальной оси кронштейна, так и вместе с ней вокруг вертикальной оси, а также разворот парусных поверхностей вдоль соединяющей их штанги и под прямым углом друг к другу так, что одна из поверхностей параллельна плоскости, проходящей через ось симметрии штанги и горизонтальную ось вращения, обеспечивают пространственно более выраженное сложное вращательное движение, что более пригодно для создания зрительно занимательных динамических эффектов за счет непосредственного воздействия на чувствительные элементы естественного или принудительного потока воздуха.

Подбор необходимого числа чувствительных элементов на вертикальной оси от 1 до 5, а также площадей, формы и декоративной отделки парусных поверхностей, расположение их на определенном удалении от горизонтальной оси вращения, а двуплечих штанг - от вертикальной оси обеспечивают многовариантность демонстрационного ветроприводного устройства. A это, в свою очередь, позволяет воспроизводить различный по интенсивности и характеру динамический и цветовой эффект, рассчитанный на привлечение устойчивого зрительного внимания.

На фиг. 1 - общий вид ветроприводного устройства; на фиг. 2 - ветроприводное устройство, вид сбоку; на фиг. 3 - ветроприводное устройство, вид сверху после начала движения; на фиг. 4 - ветроприводное устройство, вид сверху перед началом обратного движения; на фиг. 5 - общий вид ветроприводного устройства с двумя чувствительными элементами; на фиг.6 - ветроприводное устройство с двумя чувствительными элементами, вид сбоку; на фиг. 7 - ветроприводное устройство с двумя чувствительными элементами, вид сверху после начала движения; на фиг. 8 - вид сверху ветроприводного устройства с тремя чувствительными элементами; на фиг. 9 - ветроприводное устройство с четырьмя чувствительными элементами; на фиг. 10 - ветроприводное устройство с пятью чувствительными элементами.

Ветроприводное устройство содержит основание 1, представляющее собой малую архитектурную форму, стойку, кронштейн и т.п., форма которых может быть самой разнообразной и выбирается в зависимости от целевого назначения и места установки. На этом основании смонтирована вертикальная ось вращения 2, несущая кронштейн 3 с радиально отходящей горизонтальной осью 4.

На свободном конце горизонтальной оси жестко закреплен чувствительный элемент, выполненный в виде двуплечей штанги 5 с парусными поверхностями 6 и 7, которые смонтированы по обе стороны от горизонтальной оси 4 и развернуты вдоль штанги перпендикулярно одна другой, причем одна из поверхностей, 6, параллельна плоскости, проходящей через ось симметрии штанги 5 и горизонтальную ось вращения 4.

Парусные поверхности 6 и 7 сбалансированы относительно горизонтальной оси 4 и выполнены из материала с низким коэффициентом удельного веса.

Форма парусных поверхностей может быть самой разнообразной и зависит от замысла автора и целевого назначения устройства.

Изобретение осуществляется следующим образом. В случае наличия на вертикальной оси одного чувствительного элемента с парусными поверхностями 6 и 7, сбалансированными относительно горизонтальной оси 4 (фиг.1-4), в исходном положении (фиг.1, 2) парусная поверхность 6 испытывает ветровую нагрузку, а поверхность 7 параллельна ветровому потоку, и нагрузка на нее близка к нулю.

Под воздействием вращающегося момента, создаваемого парусной поверхностью 6, штанга 5 начинает поворачиваться против часовой стрелки. При этом нагрузка, действующая на парусную поверхность 6, возрастает до максимума, когда штанга проходит через вертикальное положение, затем уменьшается практически до нуля при ее горизонтальном положении, т.е. вдоль ветрового потока.

Одновременно с поворотом вокруг горизонтальной оси 4 действие ветровой нагрузки на чувствительный элемент создает момент вращения вокруг вертикальной оси и начинает вращение вокруг нее по часовой стрелке (фиг. 3), подставляя под ветровую нагрузку поверхность 7 и тем самым еще больше ускоряя вращение вокруг оси 2, смонтированной на основании 1.

Продолжая движение, чувствительный элемент займет положение справа от вертикальной оси (фиг. 4), поверхность 6 - снизу от горизонтальной оси, а поверхность 7 - выше нее, и под действием встречного потока воздуха движение начнет повторяться, но уже в обратном направлении.

При значительном ветре продолжение движения может быть иным: чувствительный элемент может проскочить положение, показанное на фиг. 4, и направление дальнейшего движения вокруг обеих осей будет зависеть от постоянно меняющейся ветровой нагрузки на каждую из парусных поверхностей 6 и 7 в зависимости от их разворота по отношению к направлению ветрового потока и турбулентности этого потока. Вращение вокруг обеих осей может происходить с большим или меньшим ускорением, внезапными остановками и сменой направления вращения на противоположное как вокруг одной из осей, так и вокруг обеих сразу.

Рассмотрим работу ветроприводного устройства при наличии на вертикальной оси двух чувствительных элементов и, соответственно, двух пар парусных поверхностей 6, 7 и 11, 12 (фиг. 5, 6, 7).

В исходном положении парусные поверхности 6 и 7 испытывают ветровую нагрузку, в то время как поверхности 11 и 12 параллельны вектору направленности воздушного потока и ветровая нагрузка на них близка к нулю (фиг. 5 и 6).

Под действием вращающегося момента, создаваемого парусными поверхностями 6 и 11 в воздушном потоке, штанги 5 и 10 будут поворачиваться на горизонтальных осях 4 и 9 соответственно, как показано на фиг. 6, одна 10 по часовой стрелке, а вторая 5 - против часовой стрелки.

Направление вращения выбрано условно, оно может происходить как в одном направлении, так и в противоположном, в зависимости от первоначального положения парусных элементов.

При повороте ветровая нагрузка, действующая на парусные поверхности 6 и 11, сначала возрастает до максимума, когда эти элементы проходят через вертикальное положение и их поверхности становятся перпендикулярны воздушному потоку, затем уменьшается практически до нуля, когда их поверхности принимают горизонтальное положение, т.е. вдоль воздушного потока, как показано на фиг. 7. В этом положении плоскости парусных поверхностей 6, 11 и 7, 12 будет иметь минимальную парусность, а система - наибольшую статическую устойчивость.

Однако одновременно, по причине неоднородности воздушного потока, а также различного разворота поверхностей 6 и 11 по отношению к направлению воздушного потока, ветровая нагрузка на каждую пару парусных поверхностей 6, 7 и 11, 12, расположенных на равном расстоянии от вертикальной оси, будет неодинаковой.

В данном случае, например, на левое плечо (фиг. 6, парусные поверхности 6 и 7), действует большая ветровая нагрузка в сравнении с нагрузкой на правое плечо (парусные поверхности 11 и 12). Поэтому система приобретает момент вращения вокруг оси 2, направленный по часовой стрелке (фиг. 7).

В результате поворота вокруг вертикальной оси 2 и изменения ориентации парусных поверхностей 7 и 12 по отношению к воздушному потоку ветровая нагрузка на них возрастает, а следовательно, и вращающийся момент тоже. В результате происходит одновременно вращение и вокруг вертикальной оси 2, и вокруг осей 4, 9.

Таким образом, суммарный вращающий момент, создаваемый парусными поверхностями 6, 7, 11, 12, при одновременном вращении вокруг горизонтальных осей 4, 9 и вертикальной оси 2 постоянно изменяется и по величине, и по знаку, т. е. вращение может происходить с большим или меньшим ускорением, неожиданными остановками и изменением направления вращения на противоположное как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскостях.

Работа ветроприводного устройства с 3, 4 и 5 чувствительными элементами аналогична описанным выше (фиг. 8, 9, 10).

Непредсказуемость направления вращения, широкий диапазон скоростей вращения как вокруг горизонтальных, так и вертикальной осей одновременно, неожиданные для зрителя остановки и смена направлений вращения в сочетании с декоративным цветовым оформлением движущихся частей демонстрационного устройства вызывает повышенный зрительский интерес и при установке на открытом воздухе не требует каких-либо затрат энергии вообще, а в закрытых помещениях устройство размещается в воздушном потоке, создаваемым бытовым вентилятором или потоком воздуха от системы искусственной вентиляции.

Формула изобретения

1. Ветроприводное устройство, содержащее вертикальную ось вращения и чувствительный элемент, выполненный в виде двуплечей штанги, на концах которой жестко закреплены парусные поверхности, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено свободно установленным на вертикальную ось вращения кронштейном, несущим, по крайней мере, один чувствительный элемент, установленный с возможностью свободного вращения вокруг горизонтальной оси, причем двуплечая штанга закреплена перпендикулярно этой оси на ее удаленном в радиальном направлении конце, а парусные поверхности сбалансированы относительно горизонтальной оси и развернуты вдоль оси двуплечей штанги под прямым углом относительно друг друга, при этом одна из парусных поверхностей параллельна плоскости, проходящей через продольную ось симметрии штанги и горизонтальную ось вращения.

2. Ветроприводное устройство по п.1, отличающееся тем, что кронштейн содержит от 1 до 5 чувствительных элементов, равномерно расположенных вокруг вертикальной оси вращения.

3. Ветроприводное устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что парусные поверхности выполнены в виде декоративных форм различной конфигурации.

4. Ветроприводное устройство по пп.1 - 3, отличающееся тем, что штанги и парусные поверхности выполнены из материала с низким коэффициентом удельного веса.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10