РОТОРНЫЙ ВЕТРОДВИГАТЕЛЬ
ROTOR-TYPE WINDMILL

Изобретение относится к ветроэнергетике, а именно к ветродвигателям, предназначенным для преобразования энергии ветра в механическую энергию, и может быть использовано для создания крутящего момента и передачи его исполнительным рабочим органам, а также для выработки электроэнергии.
Известен ветряк, содержащий аэродинамическую трубу и размещенную в ней турбину, образованную лопатками, кинематически связанную с устройством отбора мощности, причем турбина выполнена в виде усеченного конуса, образованного меньшим сплошным и большим кольцеобразным основаниями, скрепленными между собой лопатками, одна из продольных кромок которых расположена по условной поверхности конуса, при этом конусность направлена навстречу потоку воздуха (RU 2149277 С1, 20.05.2000).
Недостатком данного устройства является ограниченный диапазон применения.
Известен ветродвигатель, содержащий башню, поворотное устройство, несущую конструкцию, установленные на ней воздуховоды, вертикальные валы и вращающиеся в разные стороны ветроколеса с лопастями с вертикальной осью вращения, хвостовую балку и хвостовые плоскости, причем воздуховоды выполнены боковыми в виде трех участков - приемного, прямого и дугообразного коробов, последний из которых ориентирован на лопасти ветроколес, при этом периферийные по потоку лопасти ветроколес прикрыты экранами (RU 2358147 С1, 10.06.2009).
Недостатками данного устройства являются сложность и громоздкость конструкции.
Наиболее близким аналогом (прототипом) предлагаемого изобретения является роторный ветродвигатель, содержащий вертикальный вал с жестко закрепленным на нем нижним и верхним параллельными дисками и расположенные взаимно перпендикулярно между дисками S-образно изогнутые трубы, средние части которых скрещены и смещены в осевом направлении (RU 2317442 С1, 20.02.2008).
Основным недостатком данной конструкции является снижение эффективности работы устройства при уменьшении скорости атмосферного воздушного потока, а также недостаточная защита от штормовых ветров.
Технической задачей изобретения является создание роторного ветродвигателя, обладающего простотой конструкции, высокой производительностью, универсальностью, высокой надежностью и широким диапазоном использования.
Эта техническая задача достигается тем, что в конструкцию роторного ветродвигателя, содержащего корпус, состоящий из двух дисков, параллельно скрепленных с внешней стороны равноотдаленными вертикальными направляющими пластинами, в котором в осевых отверстиях размещен вал с жестко закрепленным на нем пустотелым ротором, внутри которого параллельно оси вращения на одинаковом расстоянии друг от друга под определенным углом расположены лопасти, введен цилиндр, установленный между валом и ротором, причем ротор крепится к цилиндру с помощью равноотстоящих аксиальных пластин, образующих аксиальные воздушные каналы, а направляющие пластины расположены тангенциально по отношению к ротору, при этом между внутренней поверхностью дисков и поверхностью ротора с обеих сторон конструктивно образованы дефлекторные воздушные каналы расчетной величины.
Функциональная схема, поясняющая работу роторного ветродвигателя, представлена на Фиг.1. Вид А демонстрирует устройство без передних направляющих пластин 5, закрывающих обзор конструкции. На виде Б показано движение воздуха в каналах ветродвигателя и направление вращения ротора 4 при снятом верхнем диске 1.
Роторный ветродвигатель содержит корпус, состоящий из двух дисков 1 и 6, параллельно скрепленных с внешней стороны равноотдаленными вертикальными направляющими пластинами 5, в котором в осевых отверстиях размещен вал 3 с жестко закрепленным на нем пустотелым ротором 4, внутри которого параллельно оси вращения на одинаковом расстоянии друг от друга под определенным углом расположены лопасти 8, а также цилиндр 2, установленный между валом 3 и ротором 4, причем ротор 4 крепится к цилиндру 2 с помощью равноотстоящих аксиальных пластин 7, образующих аксиальные воздушные каналы 9, а направляющие пластины 5 расположены тангенциально по отношению к ротору 4, при этом между внутренней поверхностью дисков 1, 6 и поверхностью ротора 4 с обеих сторон конструктивно образованы дефлекторные воздушные каналы h расчетной величины.
Описание работы устройства.
Роторный ветродвигатель состоит из корпуса, образованного двумя дисками 1 и 6, параллельно скрепленными с внешней стороны равноотдаленными вертикальными направляющими пластинами 5, цилиндра 2, вала 3, пустотелого ротора 4 и пластин 7. На валу 3 посредством цилиндра 2 и аксиально-расположенных пластин 7 жестко закреплен пустотелый ротор 4, внутри которого параллельно оси вращения на одинаковом расстоянии друг от друга под определенным углом расположены лопасти 8. Пластины 7 образуют аксиальные воздушные каналы 9 одинакового сечения между цилиндром 2 и ротором 4. Вал 3 установлен внутри корпуса 1, 5, 6 в осевые отверстия дисков 1 и 6. Направляющие пластины 5 расположены тангенциально по отношению к ротору 4, они формируют входные или выходные каналы для прохождения воздушного потока в зависимости от направления движения ветра. Между внутренней поверхностью дисков 1, 6 и поверхностью ротора 4 с обеих сторон конструктивно образованы дефлекторные воздушные каналы h, которые имеют расчетное значение. Ротор 4 свободно вращается внутри корпуса 1, 5, 6 между пластинами 5, при этом крутящий момент может сниматься с обеих сторон вала 3. Количество пластин 5 и 7 не регламентируется, их значение зависит от габаритных размеров устройства, максимальной скорости вращения ротора и максимального крутящего момента, передаваемого в нагрузку.
На Фиг.1 для простоты восприятия работы устройства показано восемь направляющих пластин 5 и четыре аксиальных пластины 7.
Роторный ветродвигатель устанавливается на открытой местности, хорошо обдуваемой атмосферным воздухом со всех сторон. Воздух под давлением ветра через входные каналы, образованные направляющими пластинами 5, поступает к пустотелому ротору 4 (Фиг.1 вид Б). Проходя сквозь лопасти 8 ротора 4 он попадает в аксиальные воздушные каналы 9 и затем через дефлекторные h и выходные каналы выбрасывается наружу. В процессе прохождения воздуха через пустотелый ротор 4 он оказывает давление на лопасти 8, находящиеся под некоторым углом по отношению к направлению движения воздушного потока, в результате чего ротор 4 приобретает вращательное движение (на Фиг.1 против часовой стрелки). Чем выше давление воздуха, тем больше скорость вращения ротора 4. Таким образом, кинетическая энергия ветра преобразуется в механическую энергию ветродвигателя.
Для эффективного отвода воздуха из аксиальных каналов 9 используются дефлекторные каналы h, в которых давление имеет отрицательное значение по отношению к давлению воздуха аксиальных каналов 9 в заданном диапазоне частот вращения ветродвигателя. Благодаря этому производительность устройства на малых скоростях вращения ротора 4 повышается как минимум на 12…15%. При больших скоростях вращения ротора 4, например, при штормовых порывах ветра, давление в дефлекторных каналах h возрастает до такой степени, что происходит пневматическое подтормаживание ротора 4. Данное обстоятельство значительно повышает надежность и безопасность всей конструкции.
Максимальная скорость вращения ротора 4 определяется величиной дефлекторных канала h. Цилиндр 2 совместно с аксиальными пластинами 7 предотвращает прямое прохождение воздуха от входных каналов к выходным внутри роторного объема. Тангенциальное расположение пластин 5 оптимизирует угол атаки воздушного потока к лопастям 8 ротора 4.
Ветродвигатель может использоваться в промышленности, в сельском хозяйстве или в быту в качестве привода вентиляционных систем, сушильных установок, водонапорных устройств, различных исполнительных механизмов, а также для получения электроэнергии в электрогенераторах. Он работает как в горизонтальном, так и в вертикальном положении при любом направлении ветра относительно воздушных каналов.
Конструкция сохраняет работоспособность при понижении скорости движения атмосферного воздуха до 0,7…0,8 м/сек.
Производительность предлагаемого устройства, имеющего диаметр ротора 1,5…2 м, совместно с электрогенератором может достигать 0,7…1,5 кВт в климатических условиях среднесуточного скоростного движения воздуха европейской зоны РФ.
Ветродвигатель обладает высокой надежностью, универсальностью, энергонезависимостью и широким диапазоном использования.