ВЕТРОДВИГАТЕЛЬ (ВАРИАНТЫ)

ВЕТРОДВИГАТЕЛЬ (ВАРИАНТЫ).
Полезная модель относится к области ветроэнергетики, а конкретно к конструкциям ветродвигателей с осью вращения, перпендикулярной направлению ветра, и может быть использована в высокоэкономичных ветроэнергетических установках.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков аналогом (прототипом) предлагаемой полезной модели, является ветродвигатель, описанный в а.с. № 1809160. Данный ветродвигатель содержит вертикальный вал, укрепленное на нем ветроколесо содержащее горизонтальные, взаимно перпендикулярные траверсы, состоящие из полутраверс, с размещенными на их концах перпендикулярно им штангами с регулировочными втулками, парашютами и стропами.
Признаками, совпадающими с существенными признаками предлагаемой полезной модели являются:
-по варианту 1 то, что ветродвигатель содержит вертикальный вал, укрепленные на нем горизонтальные полу-траверсы, образующие между собой равные углы, щтанги, размещенные на концах траверс, перпендикулярно им и в плоскости ветроколеса, а также расположеные на штангах аэродинамические элементы.
-по варианту 2 то, что ветродвигатель содержит вертикальный вал, укрепленные на нем горизонтальные полу-траверсы, образующие между собой равные углы, штанги, размещенные на концах траверс, перпендикулярно им и в плоскости ветроколеса, а также расположеные на щтангах аэродинамические элементы и связанные с ними элементы регулирования аэродинамического сопротивления.
Недостатками данного устройства, по обоим вариантам является недостаточная разница аэродинамического сопротивления противоположно расположенных аэродинамических элементов, а также значительное боковое сопротивление аэродинамических элементов, а, следовательно, низкий коэффициент использования ветра. Но второму варианту, когда ветроколесо регулируется в зависимости от силы ветра, эта регулировка производится вручную, что не реально для промышленных установок.
Нредлагаемой полезной моделью по обоим вариантам решается техническая задача повышения разницы аэродинамического сопротивления противоположно расположенных аэродинамических элементов, снижения бокового сопротивления, а значит и повышение коэффициента использования ветра. Кроме того, по варианту 2, решается задача автоматического регулирования скорости вращения ветроколеса.
иьъект - устройство
МКИ: F 03 D 3/06;
7/04; 7/06
-по варианту 1, в ветродвигателе, содержащем вертикальный вал, укрепленное на нем ветроколесо, имеющее горизонтальные полу-траверсы, образующие между собой равные углы, штанги, размещенные на концах траверс, перпендикулярно им и в плоскости ветроколеса, а также расположенные на штангах аэродинамические элементы,каждый аэродинамический элемент выполнен в виде двух расположенных последовательно, в плоскостях перпендикулярных штанге, одинаково сориентированных пластин одинаковой формы, разного размера, при этом расстояние между пластинами меньше двойного минимального из геометрических размеров большей пластины, а все разного размера пластины аэродинамических элементов установлены по окружности ветроколеса в одинаковой последовательности.
-по варианту 2, в ветродвигателе, содержащем вертикальный вал, укрепленное на нем ветроколесо, имеющее горизонтальные полу-траверсы, образующие между собой равные углы, штанги, размещенные на концах траверс, перпендикулярно им и в плоскости ветроколеса, расположенные на штангах аэродинамические элементы, а также связанные с ними элементы регулирования аэродинамического сопротивления,каждый аэродинамический элемент выполнен в виде двух расположенных последовательно, в плоскостях перпендикулярных штанге, одинаково сориентированных пластин одинаковой формы, разного размера, при этом расстояние между пластинами меньше двойного минимального из геометрических размеров большей пластины, все разного размера пластины аэродинамических элементов установлены по окружности ветроколеса в одинаковой последовательности, элементы регулирования аэродинамического сопротивления выполнены в виде размещенных на полутраверсах подпружиненных и выполненных с возможностью их движения вдоль полу-траверс, инерционных грузов, а по крайне мере одна из пластин каждого аэродинамического элемента подпружинена и выполнена с возможностью перемещения вдоль штанги и связана тягой с инерционным грузом.
Кроме того, для достижения максимального использования энергии ветра, дополнительно:
-отношение соответствующих размеров пластин в каждом аэродинамическом элементе равно 0,65 -4- 0,85, а отношение расстояния между ними к минимальному из геометрических размеров меньшей пластины равно 0,25 -i-1;
-ветродвигатель содержит несколько ветроколес, полу-траверсы каждого из которых, в том числе для упрощения раскрутки и равномерного вращения смещены относительно полу-траверс соседнего ветроколеса в окружном направлении на некоторый угол;
§.СС11ЬЪ
Отличительными признаками предлагаемого ветродвигателя от известного являются:
по варианту 1 - выполнение каждого аэродинамического элемента в виде двух расположенных последовательно,в плоскостях
перпендикулярных штанге, одинаково сориентированных пластин одинаковой формы, разного размера, при этом расстояние между пластинами меньше двойного минимального из геометрических размеров большей пластины, а все разного размера пластины аэродинамических элементов установлены по окружности ветроколеса в одинаковой последовательности
по варианту 2 - выполнение каждого аэродинамического элемента в виде двух расположенных последовательно,в плоскостях
перпендикулярных штанге, одинаково сориентированных пластин одинаковой формы, разного размера, при этом расстояние между пластинами меньше двойного минимального из геометрических размеров большей пластины, все разного размера пластины аэродинамических элементов установлены по окружности ветроколеса в одинаковой последовательности,элементы регулирования аэродинамического
сопротивления выполнены в виде размеш;енных на полу-траверсах подпружиненных и выполненных с возможностью их движения вдоль полутраверс, инерционных грузов, а по крайне мере одна из пластин каждого аэродинамического элемента подпружинена и выполнена с возможностью перемеш;ения вдоль штанги и связана тягой с инерционным грузом.
Кроме того, дополнительно то, что:
-отношение соответствуюш;их размеров пластин в каждом аэродинамическом элементе равно 0,65 ч- 0,85, а отношение расстояния между ними к минимальному из геометрических размеров меньшей пластины равно 0,25  1;
-ветродвигатель содержит несколько ветроколес, полу-траверсы каждого из которых, смещены относительно полу-траверс соседнего ветроколеса в окружном направлении на некоторый угол;
-полу-траверсы соседних ветроколес смеш;ены относительно друг друга в окружном направлении на угол а  тг / 2п , где п - количество ветроколес в ветродвигателе.
Благодаря наличию данных отличительных признаков в совокупности с известными, достигается максимальная разница аэродинамического сопротивления противоположно расположенных аэродинамических элементов, и практически устранение бокового сопротивления, а следовательно повышение коэффициента использования ветра. Кроме того, по варианту 2, решается задача автоматического регулирования скорости враш;ения ветроколеса. А за счет использования дополнительных признаков параметры ветродвигателя становятся оптимальными и он может быть использован для промышленного получения энергии с коэффициентом
использования ветра близким к коэффициенту ветроколеса с профилированными лопастями. При этом данный ветродвигатель конструктивно прост, дешев и обладает простой системой автоматического регулирования.
В результате поиска по источникам патентной и научно-технической информации совокупность признаков, характеризующая предлагаемый ветродвигатель, не была обнаружена. Таким образом, предлагаемая полезная модель соответствует критерию охраноспособности новое.
Предложенное техническое решение может найти применение в ветроэнергетике, в конструкциях ветродвигателей с вертикальной осью враш;ения и может быть использовано для производства дешевых ветроэнергетических установок с высоким КПД и автоматической системой саморегулирования. Таким образом, предлагаемая полезная модель соответствует критерию охраноспособности промышленно применима.
Полезная модель по обоим вариантам поясняется схемой.
Изображенный на схеме ветродвигатель содержит два ветроколеса (на схеме не обозначены), имеющее полу-траверсы 1 (в данном случае их 4, а может быть 2, 3 и более), образующие между собой равные углы, штанги 2, размещенные на концах траверс, перпендикулярно им и в плоскости ветроколеса, расположенные на штангах аэродинамические элементы выполненные в виде двух расположенных последовательно, в плоскостях перпендикулярных штанге, одинаково сориентированных пластин одинаковой формы, разного размера - меньшей 3 и большей 4. Полутраверсы ветроколес смещены относительно друг друга в окружном направлении на угол а  тг / 2п  45°. Кроме того, по варианту 2 ветроколеса дополнительно содержатэлементы регулирования
аэродинамического сопротивления, выполненные в виде размещенных на полу-траверсах 1 инерционных грузов 5 с пружинами 6 с возможностью движения грузов 5 вдоль полу-траверс 1, а по крайне мере одна из пластин в данном случае 3, установлена на штанге 2 через пружину 7 и выполнена с возможностью перемещения вдоль штанги 2 и связана тягой 8 с инерционным грузом 5.
Известно, что коэффициент лобового сопротивления конструкций, состоящих из двух расположенных друг за другом в плоскостях перпендикулярных потоку воздуха плоских пластин при определенных условиях может быть меньше лобового сопротивления одиночной пластины («Теоретические основы, 1980 г., т. 102, № 1 стр. 225-234. Предлагаемая данным техническим решением конструкция работает следующим образом. При расположении против направления ветра сначала меньшей пластины 3, а затем на расстоянии меньшем двойного минимального геометрического размера (для круга это диаметр, а для прямоугольника, как в данном случае, это минимальная сторона) большей пластины 4, относительное лобовое сопротивление будет менее 0,8, в то время, как сопротивление одиночного диска равно 1,2. А при наиболее благоприятных отнощениях соответствующих размеров пластин в каждом аэродинамическом элементе g.QOli))
0,65 4- 0,85, и отношении расстояния между ними к минимальному из геометрических размеров меньшей пластины равным 0,25 - 1, относительное лобовое сопротивление будет лежать в диапазоне 0,2 -ь 0,4. Установленные на противоположной полу-траверсе пластины будут располагаться по отношению к ветру в обратной последовательности сначала большая 4, а затем меньшая 3. При этом для расстояния меньшего двойного минимального геометрического размера большей пластины 4 относительное лобовое сопротивление будет больше сопротивления одиночного диска - 1,2, а при выше указанных наиболее благоприятных отношениях оно будет лежать в диапазоне 1,4 -;- 1,75. При разнице относительных лобовых сопротивлений противоположно расположенных аэродинамических элементов, которая может достигать 1,5, возникает крутяш;ий момент. При этом, благодаря плоской форме пластин другие не перпендикулярные потоку аэродинамические элементы оказывают незначительное сопротивление враш,ению. Чем большее количество ветроколес будет расположено на валу, тем больше будет момент на валу двигателя.
Автоматическое регулирование оборотов (вариант 2 формулы) происходит следующим образом. При увеличении ветра происходит увеличение центробежной силы, сдвигаюш,ей инерционные грузы 5 к концам полу-тяг, сжимая пружины 6 и 7. Благодаря сжатию пружин 7 уменьшается зазор между пластинами 3 и 4 (возможен вариант его увеличения). Соответственно увеличивается относительное лобовое сопротивление аэродинамических элементов, расположенных в порядке меньшая 3 большая 4 по отношению к направлению ветра, что автоматически уменьшает скорость враш;ения ветроколеса. При снижении ветра пружины 6 и 7 разжимаются и относительное лобовое сопротивление пары пластин меньшая 3 - большая 4 снова приближается к наилз шему.