ВЕТРОДВИГАТЕЛЬ

Полезная модель относится к ветроэнергетике, а именно к ветросиловым установкам.
Известен ветродвигатель, содержащий корпус со входным конфузором, горловиной, переходным участком, выходным диффузором и лопастным ротором, размещенным в горловине. Выходной диффузор снабжен экраном, закрепленным на торце диффузора при помощи пилонов, а размеры элементов ветродвигателя выбраны из определенных соотношений (Россия, патент N2006663, 1391 г.).
Недостатком этого ветродвигателя является неоправданно сложная конструкция и большие потери мощности из-за срывного внешнего обтекания диффузора и экрана.
Известен способ концентрации ветрового потока в плоскости ветроколеса. Ветродвигатель, с помощью которого осуществляется способ, содержит центральное тело удобообтекаемой формы. На поверхности центрального тела в плоскости его миделевого сечения размещено ветроколесо с лопастями, на концах которых закреплен кольцевой обтекательСФРГ, патент 3905337, 1989 г.).
Недостатком этого ветродвигателя являются:
1)потери мощности, связанные с закруткой потока за ветроколесом и поверхностным трением вращающегося кольцевого обтекателя;
2)большая стартовая скорость;
3)повышенная опасность для птиц из-за разгона потока перед ветроколесом.
F03D 1/04 ВЕТРОДВИГАТЕЛЬ. заклю счет ном в телом котор товой Задача, которую решает предложенная полезная модель, чается в повышении эффективности ветродвигателя за улучшения его основных характеристик. Технические результаты при этом достигаются следующие: -устранение потерь мощности (5-10Х), вызванных закруткой потока за ветроколесом; -уменьшение стартовой скорости ветра и соответствующее увеличение годовой выработки энергии (10-20%); -100 X защита птиц от попадания на лопасти ветроколеса; -снижения стоимости производства за счет применения многомодульных (пакетных) компоновок (в 1,5 - 2 раза). Технические результаты дос :тигаются тем, что в известетродвигателе, содержащем ветроколесо с центральным , установленные на центральном теле лопатки, на концах ых закреплен кольцевой обтекатель, киль на конце хвосчасти центрального тела выполнено следующее: -на входе кольцевого обтекателя натянута защитная сетка от птиц проницаемостью 96-98 %. -лопатки наклонены под углом к напратению набегающего на них потока; -носовая часть центрального тала имеет форму эллипсоида вращения, диаметр которого составляет 0,4-0.6 от максимального диаметра кольцевого обтекателя и длину 0,4-0,5 от диаметра эллипсоида; -хвоствая часть центрального тела имеет параболический контур и длину, составляющшую 1-2 диаметра; -диаметр входа кольцевого обтекателя составляет 0.82-0,9, а длина 0,1-0,25 от его максимального диаметра. - 2 На фигЛ показана конструктивная схема ветродвигателя;
На фиг,2 приведены расчетные значения относительной мощности воздушного потока в плоскости ветроколеса в зависимости от геометрических параметров носовой части центрального тела;
Ветродвигатель (фигЛ) содержит центральное тело, состоящее из носовой части 1 и хвостовой части 2 с килем 3. На носовой части I установлены лопатки 4, на концах которых закреплен кольцевой обтекатель 5. Между носовой частью 1 и хвостовой частью 2 размещено ветроколесо с лопастями 6. На входе в кольцевой канал натянута защитная сетка 7. В автономном варианте ветродвигатель шарнирно закреплен на мачте 8,
Оптимальные размеры геометрических параметров приводятся в относительных величинах, отнесенных к максимальному диаметру центрального тела dmax, соответствующему диаметру втулки ветроколеса или к максимальному диаметру кольцевого обтекателя Вшах. Носовая часть центрального тела 1 имеет форму эллипсоида вращения, а длина ее t нос составляет 0,4-0,5 от dniax, хвостовая часть 2 имеет форму тела вращения с параболическим контуром, а длина ее I хв составляет 1-2 от dmax. Максимальный диаметр diax носовой и хвостовой частей 1 и 2 составляет 0,4-0,6 от максимального диаметра Ошах обтекателя 5. Диаметр DBX передней кромки обтекателя составляет 0.82 - 0,90 от Ошах, а длина его L об составляет 0,1-0,25 от Ошах. Диаметр Оо ветроколеса б равен максимальному диаметру Ошах обтекателя 5 с точностью до зазора между ними ( мм). Поперечное сечение лопаток 4 представляет собой аэродинамический профиль установленный под углом к нап- 3 равлению набегающего потока. Защитная сетка 7 имеет высокую степень проницаемости 0.96-0.98, то есть затенение площади на входе составляет 2-4 %. Обтекаемые поверхности ветродвигателя могут быть покрыты шумопоглощашщими материалами.
Ветродвигатель работает следующим образом. Набегающий воздушный поток (ветер) разгоняется при обтекании носовой части центрального тела 1 и, проходя через защитную сетку 7 на входе, попадает в кольцевой канал между носовой частью 1 и обтекателем 5, где установлены направляющие лопатки 4. При обтеканиии лопаток 4 создается предварительная закрутка потока перед ветроколесом б,которое преобразует кинетическую энергию воздушного потока в механическую энергию вращения вала ветродвигателя. После ветроколеса 6 выходящий из кольцевого канала поток обтекает хвостовую часть центрального тела 2 и киль 3, которые ориентирует ветродвигатель против ветра.
Обоснование технических оезультатов заключается в следующем.
1. Оптимальная форма и размеры носовой части 1 получены
Б результате оценки изменения мощности воздушного потока N
при обтекании тел различного удлинения. На фиг.2 прибт ены
расчетная схема течения и расчетные значения относительной мощности N ::: N/NH (мощность потока в плоскости ветроколеса
522
N - 0,5 JP Umax JKDiax - diax) отнесена к мощности набегающего
ъ г
потока NH  0..5 р UH Л Вшах). Видно, что максимальный прирост мощности составляет 20-30/ и соответствует значениям относительного диаметра d - diriax/Dmax  0,4-0,8 и удлинению носовой части t нос -1 нос/db ,4-0,5. Реализация полу ///3
4 ченного эффекта позволяет вдвое снизить стартовую скорость ветра, примерно с Uo:::4 м/с до 2 м/с.
2. Относительная длина хвостовой части центрального тела 2 L XB/diax :: 1-2 выбрана по результаты экспериментальных исследований из условия безотрывного обтекания аэродинамических тел различного удлинения. Причем контур хвостовой
части 2 описывается параболой d/draax  хС2 - x/L хв)/1, хв ,
вершина которой приходит на втулку ветроколеса С Кк1).
3.Длина кольцевого обтекателя t об определяется шириной хорд направляющих лопаток Вн/л и лопастей ветроколеса Вв/к, минимальное удлинение которых Лн/л  CDшax-dfflax)/Bн/л и Лв/к  CDiax-diax)/BB/K соответствует значениям Л от 5 до 10. Таким образом, получается, что 1 об  Вн/л + Вв/к  :: 2 Difiax (i-d)//}  0,1 - 0,25 Вшах.
4.Диаметр DBX входной кромки обтекателя соответствует теоретически оптимальному значению коэффициента растекания
струи fОПТ - (Он/Ошах)  0,6 Фатеев В.М., Ветродвигатели , Госэнергоиздат, М-Л, 19461, равного отношению площади втека22
ющей струи Л DH/4 к площади миделя Л Dmax/4. При минимальном растекании струи перед входом DBX - DH и Ввх/Вшах  Jo,67  0.82. При максимальном растекании DBX  Ошах и с учетом толщины обтекателя получим Овх/Пшах  0,9.
5.Защитная сетка от птиц (например из капроновой лески) должна создавать минимальное затенение площади канала, что соответствует наименьшим гидравлическим потерям. По условиям прочности это составит 2 - 4 %.
j9//YJ
- 5 р / К
в автономном варианте (фиг.1) при расчетной скорости ветра  м/с ветродвигатель диаметром Ошах  2 -3 м развивает мощность N  1 - 2 кВт, Такой небольшой ветродвигателфожет быть использован также в качестве модуля - составного элемента ветросиловой установки в многомодульной (пакетной) компоновке. По сравнению с традиционной схемой ветросиловой установки большого диаметра, многомодульная компоновка имеет следующие преимущества:
-более низкая себестоимость благодаря существенному увеличению серийности производства модулей;
-отсутствие  редуктора и потерь мощности в нем ( 10 - 15;);
-не нужна специальная система ориентирования ветросиловой установки на ветер.
Кроме того,сохраняются также все достоинства самого модуля: отсутствует закрутка потока и связанные с ней потери мощности, обеспечивается  защита птиц.
- 6
йвтор: /гг Хаскин Л.Я.