ВЕТРОДВИГАТЕЛЬ

Полезная модель относится к ветроэнергетике, а именно к ветродвигателям. Известны ветродвигатели с вертикальной осью вращения. Достоинством их является размещение генератора и оборудования внизу у земли. Это значительно облегчает их ремонт и обслуживание. Однако, наиболее распространенные типы этих ветродвигателей (ротор Савониуса и ротор Даррье, журнал "Наука и жизнь" №3, 2004 г., стр.6-13) имеют существенные недостатки, которые не компенсируются их достоинствами: профилированные лопасти сложной формы достаточно дороги в изготовлении, а коэффициент использования ветра в 2,0-2,5 раза меньше, чем у лучших современных крыльчатых ветродвигателей традиционной пропеллерной схемы с горизонтальной осью вращения.
Известен ветродвигатель (патент РФ на полезную модель №68075, 2007 г.), содержащий два ветроколеса карусельного типа с вертикальными осями вращения, установленные рядом друг с другом в одной горизонтальной плоскости симметрично относительно вертикальной плоскости, параллельной направлению ветра. Наружные части ветроколес расположены в нишах боковых обтекателей, выполненных в форме несимметричного аэродинамического профиля, а внутренние части ветроколес - в канале, образованном боковыми обтекателями и верхней и нижней плоскими крышками. Вращение двух ветроколес происходит в противоположные стороны так, что лопасти сходятся в плоскости симметрии.
Недостатком этого ветродвигателя, принятого в качестве прототипа, является то, что он не защищен от разрушения при скоростях ветра, превышающих расчетные.
Задача, которую решает предложенная полезная модель, заключается в том, чтобы защитить ветродвигатель от разрушения при скоростях ветра, превышающих расчетные.
Технические результаты достигаются тем, что с целью защиты ветродвигателя от разрушения, на внешних сторонах хвостовых частей боковых обтекателей установлены подпружиненные крыльевые поверхности, которые при скоростях
ветра, превышающих расчетные, позволяют за счет прироста аэродинамической силы, действующей на них, разворачивать обтекатели ветроколес навстречу друг к другу, дросселируя тем самым площадь входа.
На фиг.1 приведена схема предлагаемого ветродвигателя.
Ветродвигатель содержит два ветроколеса 1 с лопастями-пластинами 2. Ветроколеса расположены в горизонтальной плоскости симметрично относительно вертикальной плоскости параллельной направлению ветра и имеют вертикальные оси вращения 3. Внутренние (активные) лопасти размещены в канале, образованном боковыми обтекателями 4, верхней крышкой 5 и платформой 6. На платформе на осях ветроколес установлены электрогенераторы 8. Вертикальная ось 7 разворота ветродвигателя на ветер выполнена в его носовой части и проходит через плоскость симметрии. С внешней стороны обтекателей 4, в их хвостовых частях установлены крыльевые поверхности 9, связанные с обтекателями тягами 10 постоянной длины. Тяги 10 закреплены на обтекателях ветроколес неподвижно, а на хвостовых частях крыльевых поверхностей - шарнирно. Кроме того, крыльевые поверхности связаны между собой в носовых частях шарнирно закрепленной тягой 11, имеющей возможность изменять свою длину за счет четырехзвенника 12 и стягивающей пружины 13.
Ветродвигатель работает следующим образом:
4
9
9
набегающий воздушный поток (ветер) втекает в канал с характерным размером входного сечения «Б», образованный обтекателями 4, разгоняется и, попадая на активные лопасти, создает на вертикальной оси ветроколес ветродвигателя крутящий момент, который передается на вал генератора 8. При этом остальные (пассивные в данный момент) лопасти вращаются внутри обтекателей 4 и имеют небольшое аэродинамическое сопротивление. При боковом ветре на обтекателях и на крыльевых поверхностях появляются боковые силы R и R, которые разворачивают ветродвигатель на ветер по принципу флюгера. При расчетных, рабочих скоростях ветра пружина 13 сохраняет постоянным расстояние от обтекателя 4 до крыльевой поверхности 9. При скоростях ветра, выше расчетных, крыльевые поверхности "всплывают", аэродинамическая сила R через тяги 10 начинает разворачивать
обтекатели 4 относительно осей 3, размер «Б» уменьшается, дросселируя площадь входа и тем самым уменьшая скорость потока в канале. С увеличением скорости набегающего потока выше расчетной, угол атаки крыльевых поверхностей 9 остается постоянным, так как его уменьшение из-за разворота обтекателей 4 относительно осей 3 компенсируется его увеличением за счет возрастания аэродинамической силы. Пружина 13 при этом растягивается и демпфирует колебания, тем самым сохраняя угол атаки постоянным. Четырехзвенник 12 служит, для того, чтобы крыльевые поверхности 9 и обтекатели 4 сохраняли симметрию относительно продольной оси. Таким образом, предлагаемое устройство автоматически защищает ветроколеса от ветров, скорость которых выше расчетной.
Обоснование геометрических параметров и соотношений заключается в следующем:
расч
расч
1. Угол установки дополнительных крыльевых поверхностей и жесткость пружины должны быть такими, что при скорости ветра до V аэродинамическая сила крыльевых поверхностей уравновешивается силой упругости пружины и дросселирование входного отверстия не происходит. При скоростях ветра, больших V, аэродинамическая сила крыльевых поверхностей начинает растягивать пружину и разворачивать обтекатели ветроколес относительно их осей вращения, дросселируя входное отверстие. При скоростях ветра, грозящих разрушением ветродвигателя, входное отверстие должно быть полностью закрыто.
9
2. Крыльевые поверхности устанавливаются на внешней поверхности обтекателей за осью вращения (по потоку) ветроколес для создания момента от силы R на дросселирование входного отверстия.
4
9
3. Ось вращения для разворота ветродвигателя на ветер должна быть расположена впереди приложения боковых сил R и R. В этом случае ветродвигатель сам разворачивается на ветер по принципу флюгера.