ВЕТРОДВИГАТЕЛЬ

Предлагаемая полезная модель ветродвигателя относится к области энергетики, в частности для выработки электроэнергии путем использования кинетической энергии ветра.
Известные ветродвигатели, описанные в энциклопедии (БСЭ, том 4, стр. 589-591) и интернете, имеют низкие показатели преобразования ветрового потока в механическую энергию.
Известны трехлопастные ветродвигатели типа Д-18 и быстроходный ветродвигатель типа «Беркут-2», которые располагаются на высоких металлических мачтах.
Известны ветродвигатели карусельного типа, роторного и барабанного, лопасти которых выполнены или в виде плоскостей, или цилиндров (патент №29994; Altenergiy. Ru\veter\vidy- vetrogeneratorov.html; патент №109806).
Недостаток этих ветродвигателей в том, что доля ветрового потока, преобразующегося в механическую энергию, не превышает - 0,15.
Лопастные ветродвигатели, у которых ось ветроколеса горизонтальна и параллельна ветровому потоку, имеют наибольший показатель преобразования ветрового потока в механическую энергию, составляеющий до 0,48.
Однако эти ветродвигатели также располагаются на высоких мачтах и имеют существенные конструктивные отличия от предлагаемой полезной модели ветродвигателя.
Задачей полезной модели явилось создание такой конструкции ветродвигателя, которая позволила бы получить высокие показатели и простоту обслуживания.
Поставленная задача решена за счет применения двух конфузоров и воздушной турбины, в результате чего на лопасти воздушной турбины предлагаемого ветродвигателя действуют три силы: прямой горизонтальный поток, сжатый воздушный поток из нижнего конфузора и сжатый воздушный поток из верхнего конфузора.
Воздействие на воздушную турбину трех сил предопределило ее особенную конструкцию.
Предлагаемая полезная модель поясняется рисунками, где на фиг. 1 - вид сбоку (правого), и позициями обозначены:
2 - нижний конфузор,
3 - верхний конфузор,
4 - ось воздушной турбины,
9 - боковая панель корпуса ветродвигателя,
10 - рабочее передаточное колесо,
11 - электрогенератор,
12 - ременная трансмиссия,
13 - полка для электрогенератора,
14 - фундаментные лаги.
На фиг. 2 изображен поперечный разрез по оси ветродвигателя и позициями обозначены:
1 - лопасти воздушной турбины,
2 - нижний конфузор,
3 - верхний конфузор,
4 - ось воздушной турбины,
5 - боковые диски для крепления лопастей,
6 - промежуточные диски для крепления радиальных штанг, к которым крепятся лопасти,
9 - боковая панель корпуса ветродвигателя,
14 - фундаментные лаги.
На фиг. 3 изображен разрез по оси ветродвигателя и позициями обозначены:
1 - лопасти воздушной турбины ветродвигателя,
3 - верхний конфузор
4 - ось воздушной турбины,
5 - боковые диски для крепления лопастей,
6 - промежуточные диски для крепления радиальных штанг, к которым крепятся лопасти,
7 - подшипники на оси воздушной турбины,
8 - радиальные штанги для крепления лопастей,
9 - боковая панель корпуса ветродвигателя,
10 - рабочее передаточное колесо,
11 - электрогенератор,
12 - ременная трансмиссия,
13 - полка для электрогенератора,
14 - фундаментные лаги.
На фиг. 4 изображен вид спереди и позициями обозначены:
1 - лопасти воздушной турбины,
2 - нижний конфузор,
3 - верхний конфузор,
5 - боковые диски для крепления лопастей,
9 - боковая панель корпуса ветродвигателя,
14 - фундаментные лаги.
На фиг. 5 изображен вид сверху и позициями обозначены:
1 - лопасти воздушной турбины,
2 - нижний конфузор,
3 - верхний конфузор,
5 - боковые диски для крепления лопастей,
9 - боковая панель корпуса ветродвигателя,
10 - рабочее передаточное колесо,
11 - электрогенератор.
Предлагаемый ветродвигатель состоит из корпуса, состоящего из двух боковых панелей (фиг. 1, п. 9), в нижней части которого укреплен нижний конфузор (фиг. 2, п. 2) с мелкими круглыми отверстиями для стока дождевой воды (на фиг. не показаны), а в верхней части укреплен верхний конфузор (фиг. 2, п. 3).
В центральной части корпуса ветродвигателя установлена воздушная турбина, которая состоит из горизонтальной стальной оси (трубы) (фиг. 1, п. 4), на ней закреплены боковые стальные диски (фиг. 2, п. 5) и промежуточные диски (фиг. 2, п. 6) для крепления радиальных штанг (фиг. 3, п. 8), к которым крепятся лопасти (фиг. 2, п. 1) воздушной турбины.
К горизонтальной стальной оси (трубе) (фиг. 1, п. 4) и к боковым стальным дискам (фиг. 2, п. 5) особым образом радиально крепятся, например, 16 лопастей (фиг. 3, п. 1) воздушной турбины, которые на внешних концах имеют изгиб для более эффективного восприятия давления ветрового потока с трех сторон. Количество лопастей на оси воздушной турбины ветродвигателя может быть от 8 до 16.
На оси воздушной турбины (фиг. 1, п. 4) укреплено рабочее передаточное колесо (фиг. 1, п. 10), которое с помощью ременной трансмиссии (фиг. 1, п. 12) соединено с электрогенератором (фиг. 1, п. 11), установленным на полке (фиг. 1, п. 13).
Вся конструкция ветродвигателя устанавливается на плоской поверхности земли или здания с помощью фундаментных лаг (фиг. 1, п. 14).
Работа предлагаемого ветродвигателя обусловлена его конструктивными особенностями. На лопасти воздушной турбины (фиг. 2, п. 1) действуют три силы: прямой горизонтальный ветровой поток, сжатый воздушный поток из нижнего конфузора (фиг. 2, п. 2) и сжатый воздушный поток из верхнего конфузора (фиг. 2, п. 3). Под воздействием этих трех сил, действующих на лопасти воздушной турбины (фиг. 2, п. 1), начинает вращаться ось воздушной турбины (фиг. 1, п. 4) и ее механическая энергия через рабочее передаточное колесо (фиг. 5, п. 10) с помощью ременной трансмиссии (фиг. 8, п. 11) передается на электрогенератор.
Основная идея при конструировании ветродвигателя взята из элементарных законов аэродинамики - это использование эффекта, происходящего в конфузорах при входе в них ветрового потока и выходе из них. Особенность конструкции конфузоров заключается в том, что площадь сечения их на входе больше в 2,5 раза, чем площадь сечения на выходе. В результате сжатый воздушный поток на выходе из конфузора выходит с большей скоростью и, следовательно, давление на лопасти воздушной турбины будет гораздо сильнее, чем при обычном ветровом потоке. Сложение сил двух конфузоров и их взаимодействие с прямым горизонтальным потоком (третья сила) на лопасти воздушной турбины дает значительно больший эффект в работе предлагаемого ветродвигателя, чем существующие ветродвигатели, и показатель преобразования ветрового потока в механическую энергию может достигать - 0,8.
Габариты конструктивных элементов ветродвигателя могут варьироваться по всем направлениям - это касательно воздушной турбины, включая удлинение оси и увеличение диаметра воздушной турбины, а также увеличение габаритов конфузоров. Однако должно быть учтено, что они имеют конструктивную взаимозависимость для эффективной работы. Наиболее оптимальным габаритом предлагаемого ветродвигателя, по мнению автора, может быть вариант, когда диаметр воздушной турбины с лопастями - 4 м, длина оси турбины - 4,5 м. Габариты конфузоров: высота на входящем сечении - 2 м, ширина на входящем сечении - 5 м, площадь сечения составляет - 10 кв.м. Габариты конфузоров на выходе: 4×1=4 кв.м. Следовательно, площадь сечения конфузора на входе больше сечения на выходе в 2,5 раза. Мощность такого ветродвигателя по выработке электроэнергии может составлять от 10 до 20 кВт в зависимости от скорости ветра в данном регионе.
Предлагаемая полезная модель ветродвигателя может быть очень полезной и эффективно работать во всех климатических зонах нашей страны. Особенно востребован он может быть в Арктике, где постоянно дуют сильные ветра, на Чукотке, на Сахалине, на островах Курильской гряды и в других зонах, где дуют постоянные ветра.
Для гарантированного бесперебойного электроснабжения от ветродвигателя в период безветрия, а также в вечернее время, когда нагрузка возрастает, в нижней части корпуса ветродвигателя может быть предусмотрено помещение для размещения аккумуляторов, которые должны подзаряжаться в период минимальных нагрузок потребителей.
Расположение полезной модели на поверхности земли или на плоских поверхностях зданий обеспечивает удобство в монтаже, ремонте и эксплуатации.