ВЕТРОДВИГАТЕЛЬ
WIND ENGINE

Изобретение относится к ветротехнике, в частности к установкам с вертикальным валом для преобразования кинетической энергии ветра в механическую.
Известен ветродвигатель (А.с. СССР № 1537885, кл. F03D 3/00, 1990), содержащий вертикальный вал и прикрепленные к нему радиальные рамы. Последние установлены с возможностью поворота относительно горизонтальных осей параллельных пластин, а удаленный от вала край каждой лопасти отогнут на острый угол от ее плоскости.
Недостатками известных устройств являются их низкие надежность и кпд
Низкая надежность определяется наличием подвижных пластин, совершающих возвратно-вращательное движение относительно горизонтальных осей на каждом обороте вертикального вала. Недостаточный кпд объясняется тем, что часть энергии ветра, набегающего на входящую в рабочее положение пластину, а также на пластину, выходящую из рабочего положения, расходуется на их поворот относительно горизонтальных осей. Кроме того, на перевод пластин из флюгерного положения в рабочее (и наоборот) требуется значительное время. В течение этого времени плоскость, переходящая во флюгерное положение, испытывает давление ветра и тормозит вращение вертикального вала.
Техническим результатом предполагаемого изобретения является повышение надежности и увеличение кпд устройства.
Такой технический результат достигается тем, что ветродвигатель, содержащий вертикальный вал и прикрепленные к нему радиальные рамы, снабжён источником высокого напряжения, хвостовой секцией, токосъемной щеткой, контактными дугами, диэлектрической втулкой, токопроводящими решетками и игольчатыми электродами, причем токосъемная щетка механически связана с хвостовой секцией, присоединена к выходу источника высокого напряжения и установлена с возможностью касания контактных дуг, которые расположены соосно со смещением относительно друг друга на диэлектрической втулке, надетой на вертикальный вал, токопроводящие решета укреплены на радиальных рамах и электрически изолированы друг от друга, игольчатые электроды установлены на токопроводящих решетах перпендикулярно их плоскости и обращены острыми концами против направления вращения вертикального вала, а каждое токопроводящее решето электрически связано со своей контактной дугой.
На фиг.1 представлен общий вид ветродвигателя, а на фиг.2 - фрагмент радиальной рамы с токопроводящим решетом и игольчатыми электродами.
Ветродвигатель содержит вертикальный вал 1 и прикрепленные к нему радиальные рамы 2, в которых расположены токопроводящие решета 3 с установленными на них игольчатыми электродами 4. При этом. радиальные рамы 2 электрически изолированы друг от друга, а игольчатые электроды 4 установлены перпендикулярно плоскости токопроводящих решет 3 и обращены острыми концами против направления вращения вертикального вала 1. Токосъемная щетка 5 механически связана с хвостовой секцией 6, подсоединена к выходу источника 7 высокого напряжения и установлена с возможностью касания контактных дуг 8. Контактные дуги 8 расположены соосно со смещением относительно друг друга на диэлектрической втулке 9, надетой на вертикальный вал 1. Количество радиальных рам 2 и токопроводящих решет 3 совпадает с количеством контактных дуг (минимальное их количество равно двум), причем каждое токопроводящее решето 3 электрически связано со своей контактной дугой 8. Расположение контактных дуг 8 на диэлектрической втулке 9 выполнено таким образом, чтобы касание токосъемной щеткой 5 диэлектрических дуг 8 было возможно только при нахождении связанных с ними токопроводящих решет 3 с одной стороны вертикального вала 1 по отношению к направлению ветра. При использовании труб с правым резьбовым соединением в качестве материала для изготовления вертикального вала 1 целесообразно обеспечить возможность касания токосъемной щеткой 5 тех контактных дуг 8, которые связаны с токопроводящими решетами 3, находящимися с левой стороны вертикального вала 1 по отношению к направлению ветра.
Ветродвигатель работает следующим образом. Поток ветра воздействует на хвостовую секцию 6 и поворачивает ее относительно вертикального вала 1. Одновременно с хвостовой секцией 6 поворачивается токосъемная щетка 5. Поворот хвостовой секции 6 завершается, когда она устанавливается по направлению ветра. При этом токосъемная щетка 5 касается контактных дуг 8, которые связаны с токопроводящими решетами 3, расположенными с одной стороны вертикального вала 1. Высоковольтный потенциал с выхода источника 7 высокого напряжения через токосъемную щетку 5, контактные дуги 8 и токопроводящие решета 3 попадает на игольчатые электроды 4.
1
Под действием высокого потенциала с острых концов игольчатых электродов 4 происходит интенсивное истечение зарядов, что вызывает ионизацию воздушного пространства в окрестности токопроводящих решет 3. Поток ветра, приближаясь к остриям игольчатых электродов 4, наталкивается на облако малоподвижных ионов, которые препятствуют прохождению потока сквозь ячейки токопроводящих решет 3. Таким образом, воздушная проницаемость токопроводящих решет 3 уменьшается, а вращающий момент М относительно продольной оси вертикального вала 1, образуемый в результате давления ветра на токопроводящие решета 3, возрастает.
2
В то же время контактная щетка 5 не касается контактных дуг 8, которые связаны с токопроводящими решетами 3, расположенными с противоположной стороны вертикального вала 1. Игольчатые электроды 4, установленные на этих токопроводящих решетах 3, к источнику 7 высокого напряжения не подключаются, истечение зарядов не происходит и ионное облако не образуется. Поток ветра беспрепятственно проходит сквозь ячейки токопроводящих решет 3 и вращающий момент M относительно продольной оси вертикального вала 1, образуемый в результате давления ветра на токопроводящие решета 3, остается незначительным.
1
2
В результате неравенства вращающих моментов (M>M) вертикальный вал 1, а вместе с ним диэлектрическая втулка 9, контактные дуги 8, токопроводящие решета 3 с игольчатыми электродами 4, а также радиальные рамы 2 поворачивается относительно продольной оси вертикального вала 1.
Таким образом, благодаря поочередному касанию токосъемной щеткой 5 контактных дуг 8, высоковольтный потенциал подается на токопроводящие решета 3, а соответственно, и на игольчатые электроды 4 в определенной последовательности. В результате этого поток ветра поочередно воздействует на токопроводящие решета 3, находящиеся только с одной стороны вертикального вала 1.
Повышенная надежность ветродвигателя достигается за счет исключения из конструкции элементов, совершающих возвратно-вращательные движения, а увеличение кпд - за счет использования энергии ветра только на создание вращающегося момента относительно продольной оси вертикального вала 1. Кроме того, кпд предлагаемого ветродвигателя повышается за счет сокращения времени, необходимого на перевод его элементов (токопроводящих решет 3) из нерабочего положения в рабочее и наоборот. Помимо этого, работа ветродвигателя осуществляется бесшумно, поскольку в нем отсутствуют элементы (плоскости, как в прототипе), которые при каждом обороте вертикального вала 1 ударяются в радиальные рамы 2.
Предлагаемое устройство позволяет повысить надежность работы, а также увеличить его кпд.