КОМБИНИРОВАННЫЙ ВЕТРОДВИГАТЕЛЬ

Полезная модель относится к ветроэнергетике и может быть использована для обеспечения экологически чистой энергией разных потребителей. Известны устройства для получения энергии от использования механического потенциала ветра (кн. А. де Роза «Возобновляемые источники энергии»; изд. дом «Интеллект»; М; Издательский дом МЭИ, 2010 - 704 с, гл. 13 Ветроэнергетика, стр. 622-676, рис. 13.1; 13.2; 13.3; 13.4.).
Использование ветровой энергии достигается с помощью различных конструктивных схем: лопастной ветротурбины (Рис. 13.1); двухковшовой ветротурбины (Рис. 13.2); ротора Савониуса (Рис. 13.3); горизонтально-осевых и вертикально-осевых машин (Рис. 13.4). Недостатки подобных устройств - низкая эффективность. Повышение эффективности ветротурбин достигается в устройствах, использующих подъемную силу. Недостатком таких устройств является необходимость значительных размеров лопастей и деформация лопастей под действием центробежных сил.
Известен ветродвигатель, содержащий закрепленное на вертикальном полом валу ветроколесо и расположенные по его окружности неподвижные конфузорные сопла, размещенное над ветроколесом лопастное колесо с валом, расположенным в полости ветроколеса (а.с. №987160, МПК7 F03D 3/04 за 1983 г.)
В этом ветродвигателе, наиболее близком к предлагаемому, низкая эффективность ветродвигателя из-за невозможности использования кинетической энергии отработанного воздуха после лопастного колеса, а так же из-за больших масс ветроколеса и лопастного колеса, требующих значительной ветровой мощности и приводящей к нечувствительности ветродвигателя к малым скоростям ветра.
Технический результат, на достижение которого направлена полезная модель - повышение эффективности комбинированного ветродвигателя и расширение диапазона работы - с малых скоростей ветрового потока.
Для достижения этого технического результата ветродвигатель, содержащий закрепленное на вертикальном полом валу ветроколесо и расположенные по его окружности неподвижные конфузорные сопла, размещенное над ветроколесом лопастное колесо с валом, расположенным в полости ветроколеса, дополнительно содержит аэродинамический пропеллер, ветротурбину, размещенную над лопастным колесом, выполненную в виде симметрично, расположенных на валу лопастного колеса, радиальной штанги, с L-образными ограничителями на концах и лопастями, которые выполнены эксцентрично на одной общей оси с возможностью поворота между сторонами ограничителя, при этом в качестве ротора ветроколеса использован ротор Савониуса, лопасти которого установлены на диске, а лопастное колесо выполнено коническим, установлено и закреплено в кожухе, при этом кожух выполнен в виде конфузора, в цилиндрической части которого установлен аэродинамический пропеллер, причем длина ветротурбины больше диаметра ветроколеса.
Отличительными признаками предлагаемого комбинированного ветродвигателя от указанного выше известного, являются наличие аэродинамического пропеллера, наличие ветротурбины, размещенной над лопастным колесом, выполнение ветротурбины в виде симметрично расположенных на валу лопастного колеса, радиальной штанги с L-образными ограничителями на концах и лопастями, выполненными эксцентрично на одной общей оси, с возможностью поворота вокруг горизонтальной оси в сегменте 90° между ограничителям вертикальным 8 и ограничителем горизонтальным 9. Центр тяжести лопастей 10 смещен в сторону горизонтального ограничителя 9 и обе лопасти 10 на одной поворотной оси, проходящей через трубчатую штангу 7 и установлены во взаимно перпендикулярных плоскостях, использование в качестве ветроколеса ротора Савониуса, установление лопастей ротора Савониуса на диске, выполнение лопастного колеса коническим, установление и закрепление лопастного колеса в кожухе, выполнение кожуха в виде конфузора, расположение аэродинамического пропеллера в цилиндрической части конфузора, выполнение длины ветротурбины больше диаметра ветроколеса.
Благодаря наличию этих признаков при работе комбинированного ветродвигателя дополнительно используется кинетическая энергия отработанного воздуха лопастного колеса ветротурбиной.
Комбинированный ветродвигатель иллюстрируется чертежами:
На фиг. 1 показан продольный разрез общего вида комбинированного ветродвигателя;
на фиг. 2 - вид А фиг. 1;
на фиг. 3 - траектория движения лопастей ветротурбины;
на фиг. 4 - лопасть ветротурбины.
Комбинированный ветродвигатель (фиг. 1, 2) содержит закрепленное на вертикальном валу 1 ветроколесо 2 и расположенные по его окружности неподвижные конфузорные сопла 3, размещенное над ветроколесом 2 лопастное колесо 4 с валом 5, расположенным в полости ветроколеса 2. Ветродвигатель снабжен аэродинамическим пропеллером 6, ветротурбиной, размещенной над лопастным колесом 4. Ветротурбина выполнена в виде симметрично, расположенных на валу 5 лопастного колеса 4, радиальной штанги 7 с L-образными ограничителями 8 и 9 на ее концах и лопастями 10. Лопасти 10 выполнены эксцентрично с возможностью поворота между сторонами ограничителей 8 и 9 и находятся на одной поворотной оси 13, проходящей через трубчатую штангу 7. В качестве ветроколеса 2 использован ротор Савониуса, лопасти которого установлены на диске 12.
Лопастное колесо 4 выполнено коническим и установлено и закреплено в кожухе 11, а кожух выполнен в виде конфузора, в цилиндрической части которого установлен аэродинамический пропеллер 6. Длина ветротурбины больше диаметра ветроколеса 2.
Комбинированный ветродвигатель работает следующим образом. При появлении набегающего потока воздуха с любой стороны, воздушный поток поступает в конфузорные сопла 3, в которых увеличивается его скорость. Поток, затекающий внутрь вогнутой лопасти колеса Савониуса, оказывает дополнительное давление на противоположную лопасть и ротор Савониуса 2 начинает вращаться. Одновременно с этим, набегающий поток воздуха воздействует на лопасти 10 ветротурбины и прижимает его к ограничителю 8 (фиг. 3 - левая лопасть). В связи с тем, что радиальная штанга 7 имеет длину больше, чем диаметр ротора 2 Савониуса, то даже небольшие аэродинамические усилия (при слабом ветре) на лопасти 10 приводят к значительному крутящему моменту на штанге 7 ветротурбины и стартовому раскручиванию всего ветродвигателя. При дальнейшем повороте лопасти 10 сила аэродинамического давления уменьшается и при положении штанги 7 в направлении вектора ветра эта сила равна 0. В этом случае эксцентричное расположение лопастей приводит к повороту лопасти 10 в горизонтальное положение (фиг. 3 правая лопасть) и лопасть 10 упирается в ограничитель 9. В этом положении лопасть 10, находящаяся диаметрально противоположно, за счет поворота штанги 7 поворачивается в вертикальное положение и весь цикл повторяется.
Поток воздуха, поступивший через конфузорные сопла 3 на ротор 2 Савониуса, раскручивает его и, обладая кинетической энергией, поступает в полость кожуха 11 и, воздействуя на лопасти колеса 4, создает крутящий момент на валу 5. Конфузорная форма кожуха 11 способствует увеличению скорости движения потока воздуха, который попадая на лопасти пропеллера 6, создает за счет подъемной силы дополнительный крутящий момент на валу 5 и мощность ветроустановки еще больше возрастает.
Таким образом, объединение в одной установке нескольких факторов использования ветровой энергии - силу аэродинамического сопротивления в роторе 2 Савониуса, силу давления в лопастном колесе 4, подъемную силу пропеллера 6 и силу лопастей 10 ветротурбины значительно повышает коэффициент полезного действия комбинированного ветродвигателя, за счет более полного использования энергии ветра и расширяет возможность использования в широком диапазоне скоростей воздушных потоков.
Полученную энергию вращения вала 1 ветротурбины можно использовать напрямую, или через систему передач, или на привод рабочих машин, или для вращения ротора электрических генераторов.